Джоуля Томсона отклонения

У идеального газа при адиабатическом расширении без совершения внешней работы температура изменяться не должна, но у реального газа при его расширении преодолевается взаимное притяжение соседних молекул, возникающее вследствие действия межмолекулярных сил. На это затрачивается внутренняя энергия газа, и в результате происходит охлаждение это эффект Джоуля — Томсона. Так как отклонение газов от идеального состояния тем значительнее, чем больше давление и ниже температура, то и охлаждение тем сильнее, чем больше разность давлений (до и после расширения) и ниже температура. Однако снижение температуры относительно невелико (0,1—0,3°С на каждую атмосферу снижаемого давления). Значительно бЬль-шее охлаждение достигается при расширении с совершением внешней работы в специальных машинах-детандерах. Охлаждение происходит почти исключительно за счет совершения работы и лишь в небольшой степени за счет дросселирования. В массивных поршневых детандерах, работающих подобно паровым машинам, вследствие их низкого коэффициента полезного действия приходится сжимать воздух до давления 2-10 н/м . В 1938 г. академик П. Л. Капица разработал конструкцию компактного турбодетандера, который работает по принципу реактивной паровой турбины с высокой производительностью и с к. п. д. до 0,83, что позволило снизить начальное давление ежа- [c.217]

В этой главе детально рассмотрена проблема получения информации о межмолекулярных силах из экспериментальных данных по вириальным коэффициентам (и коэффициенту Джоуля— Томсона). На основании самых общих наблюдений в отношении межмолекулярных сил можно сделать несколько качественных замечаний. Во-первых, тот факт, что газы конденсируются в жидкости, позволяет сделать предположение о существовании сил притяжения между молекулами на больших расстояниях. Во-вторых, очень сильное сопротивление жидкостей сжатию свидетельствует о том, что на небольших расстояниях действуют силы отталкивания, резко изменяющиеся с расстоянием. При условии парной аддитивности сил можно ожидать, что потенциальная энергия взаимодействия между двумя молекулами изменяется таким образом, как показано на фиг. 4.1. [Эта потенциальная энергия может зависеть также от ориентации, если молекулы не являются сферически симметричными, а в некоторых случаях иметь отклонения (на фиг. 4.1 не показаны), которые несущественны для общего рассмотрения.] Квантовая механика дает обширную информацию о форме кривой потенциальной энергии, однако точные расчеты на основании этой информации не всегда возможны. Не рассматривая эту дополнительную информацию, поставим перед собой следующий вопрос возможно ли в принципе однозначное определение межмолекулярной потенциальной энергии, если известна зависимость второго вириального коэффициента от температуры Этот вопрос был рассмотрен Келлером и Зумино [1] (см. также работу Фриша и Хелфанда [2]), которые нашли, что только положительная ветвь и г) определяется однозначно [2а], а отрицательная часть (потенциальная яма) может быть известна лишь частично, т. е. определяется ширина ямы как функция ее глубины. Таким образом, потенциальная яма на фиг. 4.1 может быть произвольно смещена вдоль оси г без изменения В Т), если ее ширина не изменяется при смещении. Поэтому для температур, при которых положительная ветвь ы(г) не дает большого вклада в В Т), значения В Т) будут определяться почти одинаково хорошо [c.168]

Хорошо известно, что сжатый газ охлаждается при расширении — например, воздух, выходящий из велосипедной камеры, в теплый день может показаться даже освежающим. Джоуль и Томсон (лорд Кельвин) проводили тщательные измерения изменения температуры газов при их расширении в теплоизолированной камере. Схема подобного опыта изображена на рис. 9.12, где показано, что газ расширяется, переходя из левой камеры в правую через пористую перегородку. Эти исследования показали, что большинство газов охлаждаются гораздо больше, чем этого можно было ожидать по степени их расширения. Для характеристики этого свойства газов используется коэффициент Джоуля — Томсона ц, представляющий собой отношение изменения температуры газа к изменению его давления при условии, что в процессе этого изменения не происходит теплообмена газа с окружающей средой. Значения коэффициента Джоуля—Томсона установлены для многих газов. Например, для СО2 при комнатной температуре и давлении 1 атм коэффициент ц равен приблизительно 1,ГС/атм. Для большинства газов коэффициент ц имеет положительное значение, однако для водорода при температурах вьппе — 80°С он отрицателен, а это означает, что при расширении газа происходит его нагревание. Температура, при которой коэффициент ц для данного реального газа становится равным нулю, называется температурой инверсии этого газа. Для идеального газа ц = О при любых температурах. Таким образом, коэффициент Джоуля—Томсона является мерой отклонения реального газа от идеального поведения, если судить по зависимости его охлаждения от расширения. [c.162]

Позднейшие, более точные опыты Джоуля и Томсона показали, что при изменении объема реальных газов всегда наблюдаются отклонения от закона Гей-Люссака—Джоуля, который тем точнее выполняется, чем ближе состояние газа к идеальному. [c.53]

Отклонения от уравнения Ван дер Ваальса.. Табл. 6 иллюстрирует результаты сравнения гелия с газом,, подчиняющимся уравнению Ван дер Ваальса. Из этой таблицы видно, что в интервале между точкой инверсии эффекта Джоуля-Томсона и точкой Бойля гелий подчиняется уравнению Ван дер Ваальса, но при более низких температурах наступают заметные отклонения. В частности, становится отрицательным третий вириальный коэфициент С, тогда как для газа, под- [c.46]

Камерлинг Оннес [10] решил ожижить гелий, воспользовавшись методом, с помощью которого ему удалось осуществить за несколько лет перед этим ожижение водорода. План Камерлинг Оннеса сводился к тому, чтобы, охладив сжатый гелий жидким водородом (находящимся при температуре, близкой к точке затвердевания, т. е. кипящим под давлением 6 см рт.), затем пропускать его через теплообменник, который бы оканчивался дроссельным вентилем. Как известно, охлаждение газа будет иметь место, если начальная температура дросселирования лежит ниже температуры инверсии эффекта Джоуля-Томсона. Однако практика указывала на то, что достаточное для ожижения газа охлаждение достигается только в том случае, если начальная температура дросселирования выбирается несколько ниже точки Бойля. Условия, выбранные Камерлинг Оннесом ранее (см. выше), удовлетворяли этим требованиям, и только наличие значительных отклонений гелия от закона соответственных состояний могло бы помешать его ожижению. [c.179]

Это уравнение показывает, что для идеального газа (так как в этом случае а = 1/Т) 7=0. Эффект Джоуля — Томсона, следовательно, связан с отклонением от идеаль- [c.130]

Между молекулами действуют силы притяжения, влияние которых нарушается тепловым движением. Последнее стремится отделить одну молекулу от другой и перевести их в газообразную фазу. При обыкновенных условиях междумолекулярные силы притяжения в газах настолько незначительны, что очень слабо сказываются на их свойствах. Однако с уменьшением междумолекулярных расстояний эти так называемые силы Ван-дер-Ваальса становятся все более значительными, вызывая отклонения от идеальных газовых законов и возникновение эффекта Джоуля — Томсона. Изменяясь обратно пропорционально шестой степени расстояния между молекулами, в отличие от электростатических (кулоновских) сил, которые изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния, силы Ван-дер-Ваальса действуют вследствие этого на гораздо более коротких расстояниях. [c.239]

Эффект Джоуля—Томсона. Изменение температуры при необ-рагимом адиабатном расширении происходит, как мы увидим, из-за отклонения реальных газов от идеальности и называется эффектом Джоуля - Томсона. [c.183]

У наполненных до Р=150 ати баллонов вначале, вследствие значительного перепада давления, температура газа за редуктором на основании эффекта Джоуля Томсона резко снижается. В дальнейшем, с падением давления в баллоне количество выделяющегося холода компенсируется притоком тепла извне и понижение температуры прекращается. Если редуцировать газ из наполненного до давления 150 ати баллона непрерывно, то наиболее низкая температура наблюдается в интервале 90—110 ати. Расчет мембраны производится на основании предварительного выбора диаметров мембраны и нажимного диска затем подсчитывается величина Q и производится проверка изменения рабочего давления при изменении Pi со 150 до 15—20 ати. Если окажется при этом, что значение Рг находится в пределах допустимых отклонений, то выбор размеров считают правильным. [c.134]

В дроссельных холодильных циклах используется эффект Джоуля — Томсона. Эти циклы достаточно эффективны при больших перепадах на дросселе. Со снижением перепада их эффективность резко падает. В условиях небольших перепадов шачительно более эффективно расширение газа в детандерах. Однако для получения очень низких температур, приближающихся к началу сжижения газа, эффективность детандеров тювь снижается. Это объясняется резким отклонением свойств реальных газов от идеальных при температурах, близких к температуре сжижения. В этих условиях резко падает способность газа к расширению, растут потери холода и возникает опасность гидравлических ударов. Современш ш конструкции детандеров допускают конденсацию жидкости в детандере до 20 мае. 7о- [c.134]

Обычно во всех экспериментальных работах давление и температуру определяют непосредственно с помощью манометров и термометров, хотя не менее точные результаты измерений дают и относительные методы. Для определения молярного объема и плотности применяются самые различные методы измерения. Наиболее простым и прямым путем является определение массы газа и занимаемого им объема, по которым можно найти и = У1п и р = п1У. Непосредственное определение плотности можно также осуществить с помощью метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и по результатам измерений показателя преломления. Можно использовать также относительный метод определения плотности, если имеется газ, отклонение которого от идеального газа хорошо известно. Кроме того, для определения плотности можно использовать методы, основанные на эффекте расширения газа. Из этих методов широко известны метод адиабатического расширения (метод Джоуля— Томсона) и метод последовательного изотермического расширения (метод Барнетта). [c.73]

Зависимости плотности ПГ, близкого по составу к газу Вуктьшьского месторождения, от давления, полученные экспериментально и рассчитанные по уравнениям БВР-О и РК-Б, имеют отклонения в пределах 5-7 % (рис. 3.23). Доля жидкой фазы, рассчитанная на изотермах 240, 250 и 260 К, при давлении 6-8 МПа имеет максимальное значение, соответствующее максимальной конденсации углеводородов для данных условий (рнс. 3.24), что хорошо согласуется с результатами экспериментальных определений значений изобарной теплоемкости в двухфазной области (см. рис. 3.21). Как видно из рис. 3.21, значения Ср на изотермах 240, 250 и 260 К имеют максимум при р = 6н-8 МПа. Ранее уже отмечалось, что значение теплоемкости в двухфазной области включает Б себя, кроме теплоемкости паровой и жидкой фаз, также скрытую теплоту фазового перехода. Наличие максимумов, очевидно, можно объяснить максимальной конденсащ1ей углеводородов, т. е. максимальным значением теплоты фазовых переходов. Для однофазной области проведено сравнение расчетных значений изобарной теплоемкости и коэффициента Джоуля — Томсона с экспериментальными. [c.201]

У идеального газа при адиабатическом расширении без совершения внешней работы температура изменяться не должна, но у реального газа при его расширении преодолевается взаимное притяжение соседних молекул, возникающее вследствие действия меж-молекулярных сил. На это затрачивается внутренняя энергия газа, и в результате происходит охлаждение это эффект Джоуля — Томсона. Так как отклонение газов от идеального состояния тем значительнее, чем больше давление и ниже температура, то и охлаждение тем сильнее, чем больше разность давлений (до и после расширения) и ниже температура. Однако снижение температуры относительно невелико (0,1—0,3° С на каждую атмосферу снижаемого давления). Значительно большее охлаждение достигается при расширении с совершением внешней работы в специальных машинах-детандерах. Охлаждение происходит почти исключительно за счет совершения работы и лишь в небольшой степени за счет дросселирования. В массивных поршневых детандерах, работаюпигх подобно паровым машинам, вследствие их низкого коэффициента полезного действия приходилось сжимать воздух до давления 200 ат. [c.244]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология