Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике § 4. Опыты Джоуля и Томсонаа. Опыт Джоуля.Еще в 1807 г. Гей-Люссак исследовал, изменяется ли температура газа при его адиабатическом расширении в пустоту. Джоуль полагал, что эти измерения являются весьма чувствительным методом проверки взаимного притяжения молекул, и поэтому повторил опыт Гей-Люссака в 1843 г. при помощи прибора, показанного на фиг. 5. Правый сосуд объемом около
Фиг. 5 Опыт Джоуля. Левый сосуд был откачан, и весь прибор в целом был помещен в водяной калориметр. Если открыть кран одинаковой:
Если написать энергию подробно, с введением параметров, от которых она зависит, то уравнение (4.1) принимает вид
ибо температура Как уже указывалось выше, Джоуль не нашел какого-либо температурного эффекта. Однако последующие расчеты показали, что точность его измерений была недостаточна для того, чтобы обнаружить небольшое изменение температуры. Тем не менее нулевой результат опытов Джоуля положен в основу термодинамического обоснования утверждения о том, что внутренняя энергия идеального газа не зависит от его объема и определяется только его температурой. Приведем теперь некоторые молекулярно-кинетические соображения о том, что происходит в опыте Джоуля. В результате расширения расстояния между молекулами возрастают; если молекулы притягивают друг друга, то потенциальная энергия, соответствующая этим силам притяжения, увеличивается (см. часть I, § 5). Если полная энергия остается постоянной, то энергия притяжения может увеличиться только за счет кинетической энергии молекул: следовательно, температура газа и калориметра должна понизиться. Если же газ является идеальным, в котором молекулы не притягивают друг друга, тогда температура должна остаться неизменной. б. Опыты Джоуля и Томсона.На основании отрицательного результата описанного выше опыта Джоуль и В. Томсон (Кельвин, 1824-1907 гг.) пришли к мысли, что следует попытаться уловить искомый температурный эффект в каком-либо непрерывном процессе. Для этой цели они провели опыт с дросселированным потоком газа. Современный вариант этого опыта выполняется следующим образом.
Фиг. 6. Схема опыта Джоуля и Томсона (Кельвина). а - циклический процесс газа; б — схема дросселя. Газ при постоянном напоре протекает через асбестовый или ватный дроссель. На дросселе создается перепад давления, так что давление газа после выхода из дросселя меньше начального давления. При помощи компрессора газ снова сжимают до начального давления (фиг. 6, а). Дроссель и стенки трубы термоизолированы от окружающей среды, так что газ, находящийся в этой системе, адиабатизирован. Совершаемая над газом внешняя работа не равна нулю, так как газ проталкивается через дроссель при помощи компрессора. Применим первый закон термодинамики к количеству газа, находящемуся между сечениями Изменение внутренней энергии этой порции газа должно быть равно разности между значениями внутренней энергии газа в объемах
где буквами
Для идеального газа Два процесса, рассмотренные в настоящем параграфе, являются сами по себе типичными необратимыми процессами. Мы вернемся к явлению Джоуля — Томсона в § 11.
|
1 |
Оглавление
|