Modificarea temperaturii gazului în timpul expansiunii fără schimb de căldură și lucrări externe
efect Joule-Thomson este de a schimba temperatura reală a gazului, ca urmare a fluxului său sub o cădere de presiune constantă prin reactor - un obstacol local, în fluxul de gaz (un capilar, o membrană poroasă sau o supapă dispusă în conducta de la traseul de curgere). Fluxul de gaz prin clapeta de accelerație trebuie să aibă loc fără schimbarea căldurii cu mediul înconjurător (adiabatic). Un flux staționar de gaz este creat în conducta izolată termic (Figura 1).
Schema experimentului Joule-Thomson
Trecerea gazului prin intermediul clapetei de accelerație (o priză fină, de exemplu din vată) face ca viteza de curgere a gazului să fie mică. Presiunea gazului p. volumul V și temperatura T variază.
Efectul Joule-Thomson este de obicei numit pozitiv dacă gazul este răcit în timpul densei (DT <0), и отрицательным, если газ нагревается ( D T> 0). Conform teoriei moleculare-cinetice a structurii materiei, efectul Joule-Thomson indică prezența forțelor intermoleculare în gaz. Cu atracția reciprocă a moleculelor, energia internă a gazului include atât energia cinetică, cât și energia potențială a interacțiunii dintre ele. Extinderea gazului în condițiile izolării energetice nu-și schimbă energia internă, ci conduce la o creștere a potențialei energii a interacțiunii moleculelor (deoarece distanțele dintre ele cresc) datorită energiei cinetice. Ca urmare, mișcarea termică a moleculelor încetinește, temperatura gazului expandat va scădea.
În funcție de condițiile de presiune, același gaz poate fi încălzit și răcit. Temperatura la care diferența de temperatură (D T), care trece prin valoarea zero, își schimbă semnul, se numește temperatura inversă a efectului Joule-Thomson. Curba de inversiune (figura 2) separă setul de stări de gaze (P, V, T), la expansiunea din care se răcește, din stările când se extinde din care se încălzește. Forma sa caracteristică este prezentată în Fig. 2.
Dependența inversării de presiune
Valorile temperaturilor superioare de inversiune (T i mах) pentru unele gaze sunt date în Tabelul 1.
La sfârșitul secolului al XIX-lea, Dewar și Linde au propus utilizarea efectului Joule-Thomson asupra gazelor reci. Acest principiu este încă folosit pe scară largă în refrigerare. Cu ajutorul amoniacului, majoritatea frigiderelor industriale funcționează.
Efectul Joule-Thomson a găsit aplicații în ingineria criogenică.
La scurgeri mari de presiune la accelerație, temperatura gazului poate varia semnificativ. De exemplu, cu o presiune de la 20 la 0,1 MPa și o temperatură inițială de 290 ° K, aerul este răcit cu 35 ° K. Această metodă este baza pentru majoritatea proceselor tehnice ale gazelor de lichefiere.
Compresia industrială a gazelor cu o temperatură critică peste temperatura ambiantă (de exemplu, amoniac, clor) se efectuează cu condensarea ulterioară a gazului în schimbătoare de căldură, răcite cu apă.
În ciclul de accelerație a lichefierii gazului (Figura 3), după comprimarea în compresor, gazul este răcit succesiv și apoi expandat (drosselat) în supapă.
Ciclul de lichefiere a gazelor de lichefiere
3 - gaz extins;
În același timp, o parte din gaz este lichefiată și acumulată în colectare, iar gazul nefluidizat este trimis către schimbătoarele de căldură și răcește porțiunile proaspete ale gazului comprimat.
Cea mai simplă experiență de observare a efectului Joule-Thomson constă în pomparea unui tub lung (aproximativ un metru) cu o pompă de mașină, înfundată cu bumbac sau praf de țesătură în mijloc. Răcirea aerului poate fi observată de temperaturile tuburilor corespunzătoare sau direct.
1. Vargaftik NB Manualul proprietatilor termofizice ale gazelor si lichidelor - M. Nauka, 1972.- P. 720.
2. Frish S.E. Timoreva A.V. Curs de fizică generală. - M. Fizmatgiz, 1959. - T.1. - p. 464.
Suportul pentru cadrele încorporate este necesar.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: