Joule - Thomson - studopediya
Megkülönböztetése differenciális és integrális fojtás. A technika előállítására alacsony hőmérsékleten alkalmazott szerves fojtás, de kezdjük figyelembevételével differenciális hatást, vagy tapasztalatok Joule-Thomson (1852-1862 gg.). Ezekben a kísérletekben vették hengeres cső körül egy hőszigetelő anyag. A közepén a csövet a két rácsok MN és M1N1 (2. ábra) helyeztünk sűrű dugót pamutlinters vagy selyem. A gáz nyomása alatt a különbség lassan folyni a csövön keresztül. Ilyen körülmények között minden alkalommal mindkét oldalán a gáz cső termodinamikai egyensúlyi állapot. Gáznyomás különböző oldalain a dugót P1 és P2 állandó értéken tartjuk. Amikor folyamatos áramlását az egyik oldalán ütközők telepített állandó gáz hőmérséklet T1. a másik - egy állandó hőmérséklet T2. Ezek a hőmérsékletek és a mért a kísérletben. Hőmérsékletének megváltoztatása a gáz egyensúlyi átvezetett gázáram a dugó és az úgynevezett fojtás.
Értelmi izolálja a bal gázmennyiség V1 dugót. Miután áthaladt a dugó rész Dedikált veszi a gáz térfogata V2. A bal oldalon a gáz, hogy készítsen a munka P1V1. a jobb oldali részén a gáz ez működik P2V2. A teljes munka gáz egyenlő. Alkalmazás a kijelölt részének gáz első főtétele. A melegíti a gázt nem érkezik, mivel a szigetelt cső fala, a fizikai állapota dugóval és a belső energia állandó marad. Ezért, jelöli a belső energia a kiválasztott tömeg U. gáz levelet
A definíció szerint a függvényérték egy termodinamikai entalpiája. Ezért az utolsó egyenlőség azt jelenti, hogy a tapasztalat a Joule-Thomson entalpiája nem változik, azaz .
Ez az arány az alapvető elméleti a fojtás. Tegyük fel, hogy két ellentétes oldalán csövet tartanak kis nyomáskülönbség DP. A megfelelő hőmérséklet különbség DT mérjük a kísérletben. A gázáram feltételezzük állandósult. Az elméleti probléma az, hogy, ismerve a DP és a gáz állapotegyenlet, számítani DT. Mivel a tapasztalat Joule-Thomson entalpia H nem változik akkor, tekintve, hogy a hőmérséklet függvényében és a nyomás, írhatunk
A definíció szerint a entalpia
Kiszámításához parciális derivált sor, hogy az első főtétele, írott formában:
A definíció entalpia, átírjuk (14) egyenlet a következő:
Felosztása a kifejezés (15) T. kap a növekmény az entrópia:
Figyelembe véve a entrópia függvényében a paraméterek T és P lehet leírni az entrópia növekmény
Összehasonlítva ezt a kifejezést (16) rendelkezik, hogy
A vegyes parciális származékok egy függvény kielégíti a feltételt
Ennek megfelelően
Behelyettesítve Ebben az egyenletben expresszió (17) vezet, a kapcsolat
Elvégzésével a differenciálás, megkapjuk
Figyelembe véve, hogy eljutunk a képlet
Ezután (13) egyenlet formájában
ahol Cp - moláris hőkapacitása gáz állandó nyomáson.
Származtatása (19) nem szabad tudnia explicit formában egyenlete gáz halmazállapotban. Ahhoz, hogy konkrét eredményeket kell tudni az állapotegyenlet a gáz. Ha egy ideális gáz, a gáz, hogy egy mól Mengyelejev-Clapeyron egyenlet van, akkor, a (19) képlet, azaz Az ideális gáz fojtás nem fordul elő.
De az igazi gáz, általában elmondható, hogy akár fűtés vagy hűtés. Mivel az állapotegyenlet egy igazi gáz, hogy az egyenlet van der Waals-erők:
ahol a és b - állandó Van der Waals erők.
Tekintsük az egyszerű esetben egy ritkított gáz, tekintve, amely a és b. Ezek a kis javításokat. Mi lehet szorítkozunk a lineáris közelítés, elöntve minden szempontból magasabb hatásköre a és b. Ebben a közelítés, (19) képlet expressziójához vezet
Ha, akkor, és a gázt lehűtjük. Ha éppen ellenkezőleg ,, és a gáz felmelegszik. Különösen, ha a gázt mindig lehűtjük; amikor - mindig meleg. Az első eredmény érthető, hiszen a hőtágulása a kinetikus energia mozgást a gázt töltött dolgozni erejével szemben molekuláris vonzás. A második eredmény nem annyira nyilvánvaló.
Ha a változás nulla hőmérséklet. Hőmérséklet az úgynevezett inverziós hőmérséklet eltérés fojtás. T
Nézzük a szerves fojtás. Integrált fojtás állítjuk elő, hogy a gáz, amely nagy nyomás alatt (a sorrendben száz atmoszféra), beáramlik egy térben alacsony nyomáson (körülbelül atmoszferikus nyomáson) egy szelepen keresztül lyuk vagy egy keskeny. Ezt a folyamatot nevezik fojtás gáz.
Megváltoztatása a gáz hőmérséklete T2 - T1, amikor a szerves hatást úgy határozzuk meg, a képlet
Attól függően, hogy a jel az integrandus változás T2 hőmérséklet - T1 egyaránt lehet pozitív és negatív. Különösen, amikor az egész tartományban nyomáskülönbség a hatás vezet DT <0, то и интегральный эффект будет приводить к T2 - T1 <0, т.е. в результате дросселирования газ должен охлаждаться. При комнатной температуре это имеет место для большинства газов, в частности, для воздуха и углекислоты. Совсем иначе ведет себя водород. Для него при комнатных температурах интегральный эффект Джоуля-Томсона приводит к нагреванию газа. Такое нагревание иногда приводит к катастрофам, в которых сильно сжатый водород самопроизвольно воспламеняется при истечении из поврежденных труб. При внезапном расширении водород может охлаждаться лишь тогда, когда его температура ниже минус 80 0 С.