Приведенное уравнение Ван-дер-Ваальса

π – отношения давления газа к его давлению в критическом состоянии

; .

Известно, что

тогда

29. Внутренняя энергия и теплоёмкость газа Ван-дер-Ваальса.

30. Эффект Джоуля—Томсона ( Вступление для 30-32 ).

Джоуля — Томсона эффект, изменение температуры реального газа в результате медленного протекания его под действием постоянного перепада давления сквозь дроссель — местное препятствие потоку газа (капилляр, вентиль или пористую перегородку, расположенную в трубе на пути потока). Течение газа сквозь дроссель (дросселирование) должно происходить без теплообмена газа с окружающей средой.

В опытах Джоуля и Томсона измерялась температура в двух последовательных сечениях непрерывного и стационарного потока газа (до дросселя и за ним, рис. 1). Значительное трение газа в дросселе делало скорость газового потока ничтожно малой, так что при дросселировании кинетическая энергия потока была очень мала и практически не менялась. Благодаря низкой теплопроводности стенок трубы и дросселя теплообмен между газом и внешней средой отсутствовал. При перепаде давления на дросселе D p = p₁ - р₂, равном 1 атмосфере (1,01×10⁵ н/м²), измеренная разность температур D T = T₂ - T₁ для воздуха составила — 0,25°С (опыт проводился при комнатной температуре). Для углекислого газа и водорода в тех же условиях D Т оказалась, соответственно, равной -1,25 и +0,02°С.

Д. — Т. э. принято называть положительным, если газ в процессе дросселирования охлаждается (D Т < 0), и отрицательным, если газ нагревается (D Т > 0).

Согласно молекулярно-кинетической теории строения вещества, Д. — Т. э. свидетельствует о наличии в газе сил межмолекулярного взаимодействия. Действительно, при взаимном притяжении молекул внутренняя энергия (U) газа включает как кинетическую энергию молекул, так и потенциальную энергию их взаимодействия. Расширение газа в условиях энергетической изоляции не меняет его внутренней энергии, но приводит к росту потенциальной энергии взаимодействия молекул за счёт кинетической. В результате тепловое движение молекул замедлится, температура расширяющегося газа будет понижаться. В действительности процессы, приводящие к Д. — Т. э., сложнее, т.к. газ не изолирован энергетически от внешней среды. Он совершает внешнюю работу, а слева от дросселя над самим газом совершают работу силы внешнего давления. Это учитывается при составлении энергетического баланса в опытах Джоуля — Томсона. Работа продавливания через дроссель порции газа, занимающей до дросселя объём V₁, равна p₁V₁. Эта же порция газа, занимая за дросселем объём V₂, совершает работу p₂V₂. Проделанная над газом результирующая внешняя работа A = p₁V₁ — p₂V₂ может быть как положительная, так и отрицательная. В адиабатических условиях она может пойти только на изменение внутренней энергии газа: A = U₂ — U₁. Отсюда, зная уравнение состояния газа и выражение для U, можно найти D T.

Величина и знак Д. — Т. э. определяются соотношением между работой газа и работой сил внешнего давления, а также свойствами самого газа, в частности размером его молекул. Для идеального газа, молекулы которого рассматриваются как материальные точки, не взаимодействующие между собой, Д. — Т. э. равен нулю.

Д. — Т. э., характеризуемый малыми значениями D T при малых перепадах давления D р, называют дифференциальным. При больших перепадах давления на дросселе температура газа может изменяться значительно. Например, при дросселировании от 200 до 1 атмосферы и начальной температуре 17°С воздух охлаждается на 35°С. Этот интегральный эффект положен в основу большинства технических процессов сжижения газов.

1. Эффект Джоуля—Томсона (а=0, в≠0).(Вопрос 30)

2. Эффект Джоуля—Томсона (а≠0, в=0). (Вопрос 31)

3. Эффект Джоуля—Томсона (а≠0, в≠0). (Вопрос 32)

Дата добавления: 2015-06-04