MolFiz_2012_v2

Эффект Джоуля-Томсона

Поскольку, после расширения газ имеет большой объем, то, для простоты, его можно считать

идеальным.

Выражения для энтальпии имеют вид

H C T

2

PV C T

2a

RTV

2a

1 1

V1

V1

V1 b

V1

1

V

1

1

1

V 1

CV T1

RTV

2 2a

CV R T1

2 RT b

2

2a

1 1

1

,

V1 b V1

V1 b V1

и

H

2

C T PV

C R

T .

V

2

2 2

V

2

Пользуясь условием равенства энтальпий, получим

T T2 T1					RT1b		2a
								.
		CV
			R V1 b				V1

261

Эффект Джоуля-Томсона

Таким образом, знак эффекта Джоуля-Томсона

определяется знаком выражения, стоящего в квадратных скобках.

	В случае		RT1b		2a	0
		V b			V
		1			1

- эффект получается нулевым.

Следует заметить, что эффект Джоуля-Томсона всецело обусловлен отклонениями газа от идеальности. Для

идеального газа энтальпия H1 имеет вид

H1 CV R T1,

а условие равенства энтальпий принимает вид

CV R T1 CV R T2 , или T T2 T1 0.

Т.е. эффект является нулевым.

262

Сжижение газов

Эффект Джоуля-Томсона используется для сжижения газов, путем их охлаждения. Широко известен промышленный метод Линде.

263

Молекулярная физика

Тема 17:

Состояния двухфазной системы

264

Содержание

•Насыщенный пар. Правило рычага.

Зависимость давления насыщенного пара от температуры.

•Поведение двухфазной системы при

изменении температуры при постоянном

объеме.

•Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Фазовая диаграмма жидкость-пар.

•Влажность.

265

Насыщенный пар

В двухфазной системе жидкость и пар находятся в

динамическом равновесии и при данной температуре имеют вполне определенные плотности и давления. Пар называется насыщенным потому, что его нельзя «уплотнить» при той же температуре. При попытке «уплотнения» часть насыщенного пара превращается в жидкость.

266

Правило рычага

Типичная экспериментальная изотерма выглядит следующим образом.

Pн.п. – давление насыщенного пара.

267

Правило рычага

Пусть нам известны объемы чистых жидкой (V0ж) и газообразной (V0п) фаз, и мы хотим

найти сколько пара и сколько жидкости будет

находится в некотором промежуточном состоянии (V0’). Можно показать, что

выполняется

mж			V0п V0		y	.
		V0 V0ж
mп					x

Данное правило называется правилом рычага.

268

Давление насыщенного пара

Давление насыщенного пара Pн.п. соответствует тому давлению, которое образуется в равновесном двухфазном состоянии. Это давление не зависит от объема, при его изменении в V0ж <V0< V0п. Давление насыщенного пара зависит от температуры.

Tтр – температура, соответствующая тройной точке (когда все три фазы (жидкая, твердая и газообразная) находятся в равновесии).

269

Поведение двухфазной системы

В двухфазной системе одновременно присутствуют две фазы. Если при заданном объеме мы будем повышать температуру, то в зависимости от начального соотношения жидкой и газообразной фаз весь сосуд постепенно заполнится либо жидкостью, либо паром.

270