§5. Нақты газдыц ішкі энергиясы. Джоуль-Томсон

іффектісі, оныц физикалық мәні

Накты газдың II ішкі энергиясы оның молекулалары

коігалысының Ек = кинетикапық энергиясы болып табылады;

Гіуп энергия газдың берілген мелшері үшін оның көлеміне де,

кі.ісымына да байланысты болмайды, ол оның тек Т

ісмпературасымен гана аныкталады; идеал газдың бір грамм-

мшіскуласы үшін II = Ек =СҮТ болады, мұндағы С(-түракты көлемдегі

і |иімм-молекулалық жылу сыйымдылық.

Ал нақты газда бүрын көргеніміздей, молекулалардың

ирнсындағы өзара әсер күштері үлкен роль аткарады. Сондықтан

НЯКТЫ газдың ішкі энергиясы оның молекулалары қозғалысының

кшістикалық энергиясы мен олардың өзара потенциялық

шсргиясынан қүрапады:

V - Ек + Ер . (8)

Молекулалардың озара потенциялық энергиясы олардың

ОІріиен-бірінің орташа арақашықтығына байланысты, сондықган Ер

Ійідың көлеміне тәуелді болу керек. Газдың көлемі айналадагы

дснслермен энергия апмаспай өзгергенде V ішкі энергияиың қоры да

Оігермеу керек, сондықтан (8 ) теңдіктен мынау шығады;

ДЕр = - \Е к, (9)

ягни нақты газдың көлемі өзгергенде потенциялық энергияның

внсру есесіне оның молекулалары қозғалысының кинетикалық

шгргиясы да өзгеру керек. Түрақты көлемдегі иақгы газдың Сү жылу

омйымдылыгы оның молекулалары қозғалысының кинетикалық

•исрі иясымен ғана аныкталатындықтан Ек = СуТ тендік (бір грамм-

мішскула үшін) күшінде қалады да, (9) орнектен мынау шығады:

М ,. - -СуАТ (10)

Бүдан мынадай қортынды шығады:

колсм сыртган жүмыс істелмей жэне

ийналадагы денелермен жылу алмаспай

оігсргенде нақты газдың температурасы

•ігереді. Бүл сияқгы күбылысты апғаш рет

Джоуль дәлел-демек болған.

Джоуль С краны бар түтікпен жал-

гясқан А мен В екі ыдысты (34-сурет) суы

бир капориметрге орналастырған. В ыдыс-

і ііі ы ауа сорып алынган, ап А ыдыстагы ауа,

С’

197

Ч - У

35-сурет

сыртқы жұмысты істемей ұлғая отырып, В ыдысқа қарай ағады.

Мұнда Джоуль кало-риметр температурасының өзгергенін бай-

қамады. Бұдан Джоуль газдың көлемі өз-гергенде оның ішкі

энергиясы езгермейді деген қортынды шыгарған.

Біраз кейін Джоуль бұл тэжі-

рибені неғұрлым сезімтап екінші бір

вариантга Томсонмен бірігіп жасаған. А

мен В ьщыстарды жалғастыратын түтік-

ке кеуек заттан жасалған С тығын орна-

тылған (35-сурет). Түтік жылу өткіз-

бейтін затпен қоршалған. Газдың А мен

В ыдыстардағы Р, жэне Р2 қысымдары

тұракты болып түрған. Газ түгіктің

бойымен тығын түрган жерде бөгеліп

аққан. Тығынның екі жағына сезімтал

термометрлер орнатылған. Сонда тер-

мометрлердің көрсетулерінде аздаған айырмашылық байқалған. Газ-

дардың көпшілігінде тығынның газ үлғаятын жағындағы температура

біраз төмен болған. Сутегінде температураның өзгеруі керісінше бол-

ған; үлғайғанда сутегі қызған. Газ үлғайғанда (жылу алмасу болмай

жэне сыртқы жүмыс істелмей ұлғайғанда) температураның өзгеру құ-

былысы Джоуль-Томсон эффектісі деп аталады. Бүл эффект нақты

газдар қасиеттерінің идеал газдар қасиеттерінен ауытқуыныц

салдары болып табылады.

Джоуль-Томсон эффектісін газ үлғайганда оның температурасы

жоғарылайтын болса оң эффект деп, ал температура төмендейтін

болса сол эффект деп атауға келісілген. Кейін Джоуль-Томсон

эффектісінің таңбасы Ван-дер-Ваальс теңдеуіндегі а мен Ь түзету-

лердің қайсысы үлкен роль аткаратындығына байланысты екендігі

анықталады.

Джоуль-Томсон эффектісі мен Ван-дер-Ваальстың

(/> + -ат)(У,-Ъ). ■ КТ

теңдеуіндегі а және Ь түзетулердің арасындағы байланысты

анықтауға болады.

Оңай болу үшін мынадай екі жағдайды жеке-жеке

қарастырайық:

а) Ван-дер-Ваальс тендеуіндегі а түзетуді елемеуге болатын газ;

б) Ь түзетуді елемеуге болатын газ алынған болсын.

Ван-дер-Ваальс тендеуіндегі а түзету молекулалардың арасында

тарту күштерінің болатындығына байланысты екендігін біз білеміз.

198

( 'ондықтан бірінші жағдайда молекулалардың арасындағы тарту

күштері жоқтың қасында деп есептеп, тек тебу күштерін ғана

еекеруғе болады. Сонда молекулалардың өзара әсер күштерінің Ер

иотенциялық энерғиясы олардың г аралығының функциясы ретінде

Кш-суретге кескінделғен қисықпен өрнектеледі.

а) б)

36-сурет

Газдың үлкен Р, кысымына молекулалардың кіші г, орташа

ирнлі.іғы сэйкес келеді; аз Р2 қысымға үлкен г2 орташа аралық сәйкес

Квлсді. Бүдан 36-а суретте көрсетілгендей, қысым азайғанда ішкі

нотіциялы қ энергияның азаятындығы анықталады:

ДЕР. - Е .Рг Р\ < 0 .

Бірак ДЕр < 0 болғанда (10) теңдіктен ДГ > 0 болып шығады.

Сонымен біз мынадай қорытындыға келеміз: Ван-дер-Ваальс

ИКдеуіндеғі а түзетуді елемеуге болатын, бірак Ь түзету елеулі роль

йі каратын жағдайда үлғайғанда газ кызады.

Екінші жағдай молекулапарды нүкте деп есептеуге болатын

імшрлың өте аз өлшемдеріне жатады. Бүл - молекулалар бірінен-бірі

ідзуір қашыктықта болғанда олардың араларында тебу күштері

йійкалмайды дегенді керсетеді. Мүнда Ер потенциялық энергияның г

црилыкқа 36-6 суретте кескінделген тэуелділігі сәйкес келетін тарту

күшгерін ғана (соқтығысу кезін есептемеғенде) еске алуға тура

Келсді.Е нді потенциялық энергия теріс таңбалы болады да, г

крикашықтығы артқанда оның сан мэні кемиді, сондықтан

ДЕ =Е -Е > 0 Р Рг Р\

болады. Бүдан (10) формулаға сүйеніп ДГ < 0 екендігін табамыз.

Иин-дер-Ваальс тендеуіндегі Ь түзетуді елемеуге болатын, бірақ а

іү істу елеулі роль атқаратын жағдайда үлғайғанда газ суиды.

199

Молекулапардың өз өлшемдерін еске алудағы Ь түзету басты

роль аткаратын накты газда Джоуль-Томсон эффектісі теріс танбалы

болацы; ал молекулапардың арасындағы тарту күштерін еске алудагы

а түзету басты роль атқаратын нақты газда Джоуль-Томсон эффектісі

он танбалы болады.

Бір газдың өзінде оның температурасы мен қысымның қандай

болатындыгына қарай не Ь түзету, не а түзету басты роль атқарады.

Сондықтан накты бір газдың өзінде Джоуль-Томсон эффектісі сыртқы

жағдайлардың кандай болуына байланысты не оң таңбалы, не теріс

таңбалы болуы мүмкін. Өте жоғары қысымдардағы газдардың

барлығында да көбінесе молекулалардың өз мөлшерлері, яғни Ь

түзету, басты роль атқарады; бүдан өте жоғары қысымдардағы

газдардың барлығында да Джоуль-Томсон эффектісі теріс танбалы

болатындыгы көрінеді.

Р қысым мен Т температураның _______Р *

белгілі бір орташа мәндерінде а мен Ь

түзетулердің атқаратын рольдері бірдей

болады; нақты газдың бүл күйінде

Джоуль-Томсон эффектісі нольге тең

болады, ягни үпғайғанда газ қызбайды

да, суымайды да. Джоуль-Томсон

эффектісі нольге тең болатын күй

инверсия нүктесі деп аталады. Ин-

версия нүктелерінің жиынынан, 37-су-

ретге кескінделгендей, қисық сызық жасалады. Р қысым мен Т

температураның берілген мэндеріне сэйкес нүкте үшін Джоуль-

Томсон эффектісі, нүкте инверсия қисыгының қай жағында жат-

қандығына байланысты, не оң таңбалы, не теріс таңбалы болады; егер

нүкте қисықтан төмен жатса, онда Джоуль-Томсон эффектісі он

таңбалы болады, ап егер жоғары жатса, онда Джоуль-Томсон

эффектісі теріс танбалы болады.

200

III БӨЛІМ

ЭЛЕКТР ЖӘНЕ МАГНЕТИЗМ НЕГІЗДЕРІ

КІРІСПЕ

Электромагниттік әсер - I бөлімнің басында айтқанымыздай

шбигатта эзірге белгілі төрт түрлі эсерлердің бірі (күшті, әлсіз,

«іектромагнитгік жэне гравитациалық эсерлер). Әрбір эсер белгілі бір

ксңістіктік масштабта байқалады.

Электромагниттік әсер, атом жэне молекулалар елшемдеріне

сэйкес ара кашықтықтан ( 1 0 ‘ 10 м) бастап, жүз мындаған километрден

ГІиті, одан да үлкен арақашықтықта байқалады. Сондықтан да бүл

осср біздің күнделікті өмірімізде гравитациялық эсер сияқгы жиі

ксідесетін эсер болып табылады. Атомдар мен молекулалардың

микроскопиялық бөлшектер - эл ек тр он д ар меи я д р о л ар д ан қүрылуы

ілсктромагниттік эсер негізінде түсіндіріледі. Бүл кезде гравита-

киялық эсерді ескермеуге болады. Макроскопиялық қашықтықтарда

иісгін электрлік жэне магниттік қүбылыстарга мыиалар жатады:

1 . зарядталған денелердің озара әсерлесуі;

2 . тогы бар еткізгіштердің өзара әсерлесуі;

3. электр энергиясын өндіру жэне түгынушыға жеткізу;

4. электромагниттік толқын шыгару жэне тарату, т.с.с.

Осыпар электромагниттік өзара эсерлесудің көріністері болып

піііылады. Сондықтан бүл әсердің табигаттағы маңызы зор.

201

XV. ТАРАУ. ЭЛЕКТР ЖӘНЕ МАГНЕТНЗМ ТАБНҒАТЫ

ЖӨНІНДЕГІ ТҮСІНІКТЕР.