4.5
Efekt Joule’a Thomsona
Rozpatrzmy następujący proces rozprężania się gazu.
Rozprężanie gazu następuje w warunkach izolacji termicznej ,
(dQ=0) od stanu początkowego p
i
,V
i
,T
i,
, do stanu końcowego p
f
,
V
f
, T
f
. Przyjmuje się, że p
f
< p
i
..
I. Stan początkowy
Izolacja termiczna
Porowata przegroda
i
V
f
,
T
f
f
p
i
V
i
, T
i
p
f
19 marca 2003
Reinhard Kulessa
1
II. Stan końcowy
Izolacja termiczna
Porowata przegroda
i
V
f
,
T
f
f
p
i
V
i
, T
i
p
f
Przegroda zapewnia, że praca wykonana na molekułach gazu nie
nadaje im zbyt dużego przyśpieszenia.
19 marca 2003
Reinhard Kulessa
2
Konieczne przemieszczenie środka ciężkości gazu odbywa się
praktycznie bez nadania cząstkom przyśpieszenia. Zakładamy
również, że pomiędzy stanem początkowym a końcowym nie
ma różnicy energii potencjalnej.
Dla takich warunków, zakładając stały strumień przepływu
równanie (4.8) sprowadza się do prostej postaci:
h
i
=
h
f
Chociaż entalpie w miejscu przekrojów i i f są dla odpowiednich
warunków takie same, mogą one znacznie różnić się podczas
przepływu przez porowatą przegrodę. Będzie to zależało od
wielkości otworów w przegrodzie i tarcia.
Jeśli dla gazu rzeczywistego wykreślilibyśmy zależność temperatury
od ciśnienia, to otrzymamy następujący wykres.
19 marca 2003
Reinhard Kulessa
3
T
h = U + pV =const
izentalpie
p
Obwiednia maksimów krzywych izentalpowych daje nam
pewien obszar otoczony krzywą inwersji.
Nachylenie izentalpy definiuje nam współczynnik Joule’a –
Thomsona.
19 marca 2003
Reinhard Kulessa
4
µ
=
∂
T
(4.10)
J
∂
p
h
Dla gazu idealnego linie stałej entalpii byłyby równocześnie
izotermami. Czyli dla gazu idealnego
µ
J
=0.
J
możemy zmierzyć doświadczalnie, a następnie
wyliczyć interesujące nas wielkości termodynamiczne.
Jeśli założymy, że entalpia może być funkcją ciśnienie i
temperatury, to możemy napisać:
µ
dh
=
∂
h
dp
+
∂
h
dT
(4.11)
∂
p
∂
T
T
p
19 marca 2003
Reinhard Kulessa
5
Ważność zjawiska Joule’a – Thomsona polega na tym, że
współczynnik