ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ И НАУКЕ

Филиал государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Московский энергетический институт

(технический университет)»

в г. Волжском

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

С.Б. Шевцова изучение эффекта джоуля-томсона

Методические указания к лабораторной работе

ВОЛЖСКИЙ 2007

УДК 536.2

ББК 31.31

Рецензент:

Староверов В.В. – канд. техн. наук, доцент кафедры ПТЭ

ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском

Изучение эффекта Джоуля-Томсона: методические указания к лабораторной работе / Сост. Шевцова С.Б. – Волжский: Филиал ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском, 2007. – 15 с.

Указания позволяют закрепить теоретические знания по изучению дросселирования и эффекта Джоуля-Томсона, ознакомиться с методом экспериментального исследования дифференциального дроссельного эффекта.

Методические указания к лабораторной работе иллюстрированы графиками и рисунками, изложены в доступной форме со ссылками на литературные источники. Являются хорошей учебной базой для представления данного раздела программного курса студентам всех технических специальностей очной и очно-заочной (вечерней) форм обучения теплоэнергетического факультета.

Печатаются по решению Учебно-методического совета филиала ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском.

УДК 536.2

ББК 31.31

 Шевцова С.Б., 2007

 Филиал ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)»

в г. Волжском, 2007

1. Цель работы

Экспериментальное исследование эффекта Джоуля-Томсона, изучение термодинамической теории этого процесса.

2. Содержание работы

Проведение эксперимента. Обработка результатов измерений. Расчет эффекта Джоуля-Томсона. Определение константы Ван-дер-Ваальса.

3. Теоретические основы работы

Термодинамическое состояние системы задается двумя уравнениями:

– термическим уравнением, связывающим макропараметры системы:

; (3.1)

– калорическим уравнением состояния:

, (3.2)

представляющим собой зависимость внутренней энергии системы от ее объема и температуры.

При рассмотрении свойств газа в качестве термического уравнения используют, как правило, одно из двух уравнений состояния:

– в случае идеального газа это уравнение Клапейрона:

, (3.3)

где – давление, Па ;

– мольный объем, ;

– универсальная газовая постоянная, одинаковая для килограмм-моля любого газа, ;

– термодинамическая температура газа, К;

– в случае реального газа – не менее известное уравнение Ван-дер-Ваальса:

, (3.4)

где – объем 1 моля газа;

– внутреннее давление, обусловленное силами притяжения между молекулами; для жидкости оно принимает очень большое значение, для газов – сравнительно невелико и зависит от давления и температуры.

В уравнении (3.4) характерные для конкретного газа постоянные и называются поправками Ван-дер-Ваальса. Они учитывают неидеальность газа, связанную с межмолекулярными взаимодействием (поправка ) и с собственным объемом молекул (поправка ).

Что касается калорического уравнения (3.2), то, прежде всего, нужно отметить, что установлению зависимости внутренней энергии газа от объема посвятили свои экспериментальные работы Гей-Люссак, Джоуль, Томсон и ряд других ученых. Опыты же Джоуля и Томсона, поставленные ими в середине прошлого века, и сегодня еще рассматриваются как классика теплофизического эксперимента.