38. Ефект Джоуля-Томсона. Точка інверсії.

Ефектом Джоуля - Томсона називається зміна температури газу при адіабатичному дроселюванні - повільному протіканні газу під дією постійного перепаду тисків крізь дросель (пористу перегородку). Даний ефект є одним з методів отримання низьких температур. Зміна енергії Зміна енергії газу в ході цього процесу буде дорівнює роботі: . Отже, з визначення ентальпії () випливає, що процес ізоентальпіен. Зміна температури Зміна температури при малій зміні тиску (диференційний ефект) в результаті процесу Джоуля - Томсона визначається похідною, званої коефіцієнтом Джоуля - Томсона. За допомогою елементарних перетворень можна отримати вираз для цього коефіцієнта:   де - теплоємність при постійному тиску. Для ідеального газу, а для реального газу він визначається рівнянням стану. Якщо при протіканні газу через пористу перегородку температура зростає (), то ефект називають негативним, і навпаки, якщо температура зменшується , то процес називають позитивним. Температуру, при якій змінює знак, називають температурою інверсії. Застосування • Процес Джоуля - Томсона використовують для отримання низьких температур. Для цієї мети зазвичай застосовують інтегральний процес, при якому тиск змінюється в широких межах. • Вимірювання дозволяє встановити рівняння стану газу. Точка, в якій ефект Джоуля-Томсона дорівнює нулю і починаючи з якою при зростанні тиску відбувається нагрівання, називається точкою інверсії.

39. Зниження газів, роботи Капиці.

Перші дослідження, які провів Петро Капиця у Кембріджі, були присвячені відхиленню що випускаються радіоактивними ядрами альфа- і бета-часток в магнітному полі. Експерименти підштовхнули його до створення могутніх електромагнітів. Розряджаючи електричну батарею через невелику котушку з мідного дроту (при цьому відбувалося коротке замикання), Капиці вдалося отримати магнітні поля, які в 6...7 разів перевершували всі колишні. Розряд не приводив до перегріву або механічного руйнування приладу, оскільки тривалість його складала всього лише близько 0,01 секунди.Створення унікального обладнання для вимірювання температурних ефектів, пов'язаних з впливом сильних магнітних полів на властивості речовини, наприклад на магнітний опір, привело вченого до вивчення проблем фізики низьких температур. Щоб досягти таких температур, необхідно було мати в своєму розпорядженні велику кількість зріджених газів. Розробляючи принципово нові холодильні машини і установки, Капиця використовував весь свій незвичайний талант фізика і інженера. Вершиною його творчості в цій області з'явилося створення в 1934 р. незвичайно продуктивної установки для зріджування гелію, який кипить (переходить з рідкого стану в газоподібний) або зріджується (переходить з газоподібного стану в рідкий) при температурі біля 4,3К. Зріджування цього газу вважалося найбільш важким. Вперше рідкий гелій був отриманий в 1908 р. голландським фізиком Хайке Каммерлінг-Оннесом. Але установка Капиці була здатна проводити 2 л рідкого гелію в годину, тоді як по методу Каммерлінг-Оннеса на отримання невеликої його кількості з домішками потрібне декілька днів. У установці Капиці гелій піддається швидкому розширенню і охолоджується перш, ніж тепло навколишнього середовища встигає зігріти його; потім розширений гелій поступає в машину для подальшої обробки. Вченому вдалося подолати і проблему замерзання мастила рухомих частин при низьких температурах, використавши для цих цілей сам рідкий гелій.Капиця відновив свої дослідження по фізиці низьких температур, зокрема властивостей рідкого гелію. Він проектував установки для зріджування інших газів. У 1938 р. вчений удосконалив невелику турбіну, що дуже ефективно зріджувала повітря. Йому вдалося виявити надзвичайне зменшення в'язкості рідкого гелію при охолоджуванні до температури нижче 2,17К, при якій він переходить у форму, звану гелієм-2. Втрата в'язкості дозволяє йому безперешкодно витікати через найдрібніші отвори і навіть підійматися по стінках контейнера, як би «не відчуваючи» дії сили тяжіння. Відсутність в'язкості супроводжується також збільшенням теплопровідності. Капиця назвав відкрите їм нове явище надтекучістю.Післявоєнні наукові роботи Капиці охоплюють самі різні області фізики, включаючи гідродинаміку тонких шарів рідини і природу кулевидної блискавки, але основні його інтереси зосереджуються на мікрохвильових генераторах і вивченні різних властивостей плазми. Під плазмою прийнято розуміти гази, нагріті до такої високої температури, що їх атоми втрачають електрони і перетворюються на заряджені іони. На відміну від нейтральних атомів і молекул звичайного газу на іони діють великі електричні сили, що створюються іншими іонами, а також електричні і магнітні поля, що створюються будь-яким зовнішнім джерелом. Саме тому плазму іноді вважають особливою формою матерії. Плазма використовується в термоядерних реакторах, що працюють при дуже високих температурах. У 50-і рр., працюючи над створенням мікрохвильового генератора, Капиця виявив, що мікрохвилі великої інтенсивності породжують в гелії виразно спостережуваний розряд, що світиться. Вимірюючи температуру в центрі гелієвого розряду, він встановив, що на відстані в декілька міліметрів від межі розряду температура змінюється приблизно на 2 000 000К. Це відкриття лягло в основу проекту термоядерного реактора з безперервним підігрівом плазми.