Эффект Джоуля-Томсона

Семинар 5. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса.

Ответы

Задачи

4.1. Записать уравнение Ван-дер-Ваальса (21) для газа, содержащего молей.

4.2. Рассчитать критические параметры p_k, V_k, T_k двумя способами, учитывая, что для критического состояния уравнение (21) имеет вид (V-V_кр)³=0.

4.3. Записать уравнение Ван-дер-Ваальса в приведенных параметрах

, , ,

т.е. таких параметрах, когда за единицы приняты критическая температура, критическое давление и критический объем моля газа.

4.4. Найти приращение энтропии одного моля ван-дер-ваальсовского газа при изотермическом изменении его объема от V₁ до V₂.

Рис.19

4.1. ;

4.3. ;

4.4 .

Исследования Джоуля и Томсона позволили не только экспериментально подтвердить зависимость внутренней энергии реального газа от его объема. Было открыто важное физическое явление, получившее название эффекта Джоуля-Томсона.

В опыте использовалась теплоизолированная трубка, разделенная пористой перегородкой, по обе стороны от которой находился газ (рис.19). Газ под действием разности давлений медленно протекал через перегородку, при помощи поршней П₁, П₂. До перегородки и после нее газ находился в термодинамически равновесных состояниях. Давление p₁, p₂ по разные стороны перегородки поддерживалось постоянным.

Стационарное течение газа через пробку называется процессом Джоуля-Томсона, а изменение температуры газа при таком течении – эффектом Джоуля-Томсона.

Процесс Джоуля-Томсона необратимый, он происходит при постоянной энтальпии:

.

При достаточно низкой температуре газ при расширении охлаждается, - отрицательный эффект Джоуля-Томсона; при достаточно высокой температуре газ при расширении нагревается, - положительный эффект Джоуля-Томсона. Температура, при которой , т.е. происходит изменение знака эффекта Джоуля-Томсона, называется температурой инверсии.

Эффект Джоуля-Томсона имеет очень важное практическое значение: наряду с адиабатическим расширением этот эффект используется для получения низких температур.

Дата добавления: 2015-05-09