Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Матвеев А.Н. -> "Молекулярная физика. Том 2" -> 114

Молекулярная физика. Том 2 - Матвеев А.Н.

Матвеев А.Н. Молекулярная физика. Том 2 — М.: Высшая школа, 1981. — 400 c.
Скачать (прямая ссылка): molekulyarnayafizikat21981.djvu
Предыдущая << 1 .. 108 109 110 111 112 113 < 114 > 115 116 117 118 119 120 .. 181 >> Следующая

и поэтому из равенства (33.11) получаем
Г-Т^Т.±(яТу^-Щ, (33.13)
где Ср - Су+ R. Эта формула дает интегральный эффект Джоуля - Томсона.
Обращение знака эффекта происходит в точках, для которых АТ-0, т. е. b 2а
л _ 2а Л b
RTv^b--V= 0'т=жГ-Т- <33-14>
Кривая инверсии интегрального эффекта Джоуля - Томсона для газа Ван-дер-
Ваальса изображена на рис. 74. У достаточно разреженного газа температура
$ 35. Эффекч Джоуля - Томсона 257
инверсии равна 2a/(Rb), причем видно, что она совпадает с температурой
инверсии дифференциального эффекта, как это было получено в (33.10). При
увеличении плотности газа температура инверсии понижается. Наименьшим
возможным объемом газа Ван-дер-Ваальса, по определению, является Ь,
однако при этом надо иметь в виду, что при выводе формул начальное
состояние предполагалось газообразным и только для таких состояний имеет
смысл говорить о температуре инверсии.
Поведение кривой инверсии (рис. 74), найденное для газа Ван-дер-Ваальса,
характерно для всех реальных газов, что следует из закона соответственных
состояний. Для большинства газов температура инверсии лежит значительно
выше комнатной, поэтому они в процессе Джоуля - Томсона охлаждаются. К
таким газам относятся, например, кислород и азот. Для некоторых других
газов, таких, как водород и гелий, температура инверсии лежит значительно
ниже комнатной, поэтому они в процессе Джоуля - Томсона нагреваются.
Сжижение газов. Если газ находится ниже критической температуры, то его
можно перевести в жидкое состояние простым сжатием. Однако критическая
температура многих газов очень низкая. Например, критическая температура
гелия, водорода, азота и кислорода равна соответственно 5,3; 33; 126,1 и
154,4 К. Однако технически
74. Кривая инверсии эффекта проще и практически важнее для хранения
сжиженных газов
Джоуля-Томсона у газа Ван- получать их при атмосферном давлении. Для
этого не-
дер-Ваальса обходимо их сжижать при температуре ниже критиче-
ской, когда давление их насыщенных паров равно атмосферному. Для
указанных газов эта температура равна соответственно 4,4; 20,5; 77,4 и 90
К.
Достижение столь низкой температуры является не простой задачей. Для
понижения температуры пользуются охлаждением газа в процессе Джоуля -
Томсона и адиабатическим расширением.
17 А. Н. Матвеев - 1488
258 4. Газы с межмолекулярным взаимодействием и жидкости
Схема охлаждения газа с помощью этих методов такова. Газ изотермически
сжимается до бопыного давления в несколько сотен атмосфер при доступной
температуре (например, комнатной). После этого он расширяется либо в
процессе Джоуля - Томсона, либо адиабатически. В обоих случаях газ
охлаждается. Далее он используется для охлаждения следующей порции газа,
сжатого до большего давления. Таким образом, следующая исходная порция
сжатого газа имеет более низкую температуру, чем в предыдущем акте
охлаждения. Поэтому после расширения этой порции газа либо в процессе
Джоуля - Томсона, либо адиабатически температура полученного газа более
низка, чем в предыдущем цикле. С ее помощью охлаждается следующая
исходная порция газа и т. д. В конце концов температура понижается до
необходимого значения.
В реально действующих холодильных машинах обычно используется комбинация
процессов охлаждения. Кроме того, процесс охлаждения совершается
квазинепре-рывно, т. е. охлажденная на предшествующей стадии порция газа
частично возвращается на стадию сжатия и на пути охлаждает очередную
порцию сжатого газа, которая затем испытывает охлаждение в процессе
Джоуля - Томсона или при адиабатическом расширении. Такой метод
охлаждения газа путем теплообмена между встречными потоками газа
называется методом противоточного обмена теплом.
Устройство, в котором это происходит, называется теплообменником.
Устройство, в котором газ охлаждается в результате адиабатического
расширения, называется детандером, а устройство для изотермического
сжатия - компрессором. Комбинации процессов Джоуля - Томсона и
адиабатического расширения выбираются инженерно с таким расчетом, чтобы
сделать процесс сжижения газа наиболее эффективным. Часто газ
целесообразно в исходном сжатом состоянии охлаждать до достаточно низкой
температуры другим сжиженным газом, полученным в другой машине. Например,
при производстве жидкого гелия осуществляется его предварительное
охлаждение с помощью жидкого водорода. Конструктивные детали машин и
возможные комбинации методов охлаждения довольно разнообразны и лежат вне
рамок настоящей книги. С ними можно ознакомиться в руководствах к
лабораторным работам по физике низких температур.
С помощью сжиженных газов можно непосредственно охладить другие объекты,
поскольку теплообмен при этом достаточно хорош. При дальнейшем понижении
температуры жидкости переходят в твердое состояние (за исключением Hell).
Однако в твердом состоянии вещества не могут служить хладоагентами
потому, что теплообмен с ними проходит неэффективно. Принимая во внимание
Предыдущая << 1 .. 108 109 110 111 112 113 < 114 > 115 116 117 118 119 120 .. 181 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed