Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)
Кафедра Общей и технической физики
(лаборатория виртуальных экспериментов)
ОТЧЕТ
по лабораторной работе № 12
Исследование
эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа
Выполнила студентка группы: ПГ-10-2 Крылова Е.М.
Проверил: Егорова Н.И.
Санкт-Петербург
2011г.
Цель работы :1) определение изменения температуры углекислого газа при протекании через малопроницаемую перегородку при разных начальных значениях давления и температуры;
2) вычисление по результатам опытов коэффициентов Ван-дер-Ваальса "a" и "b".
(получение низких температур)
Явление изучаемое в работе: изменение температуры газа вследствие его дросселирования.
Целью опытов Джоуля и Томсона - Согласно молекулярно-кинетической теории строения вещества, эффект Джоуля- Томпсона свидетельствует о наличии в газе сил межмолекулярного взаимодействия (на малых расстояниях межмолекулярные силы носят резко отталкивающий характер, а на больших расстояниях – притягивающий). Для учета этих особенностей молекулярного взаимодействия в модели газа Ван-дер-Ваальса вводят две поправки (Первая поправка связана с взаимодействием молекул на малых расстояниях, где оно заменяется взаимодействием абсолютно упругих твердых шаров(b).Вторая поправка связана с притягивающим взаимодействием молекул на больших расстояниях, которое приводит к появлению так называемого внутреннего давления газа(a)).
Идеальный газ — математическая модель газа, в которой предполагается, что потенциальной энергией молекул можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией. Между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги, а время взаимодействия между молекулами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями.
Углекислый газ — CO2, бесцветный газ без запаха, со слегка кисловатым вкусом.
1.Эффектом Джоуля-Томсона называется изменение температуры газа при адиабатическом дросселирование (от нем. drosseln — душить — понижение давления газа или пара при протекании через сужение проходного канала трубопровода , либо через пористую перегородку) — медленном протекании газа под действием постоянного перепада давлений сквозь дроссель (пористую перегородку). Данный эффект является одним из методов получения низких температур.
Адиабатический процесс — термодинамический процесс, при котором система не получает и не отдаёт тепловой энергии.
2.Эффектом Джоуля-Томсона называется изменение температуры газа, медленно протекающего из области высокого в область низкого давления в условиях хорошей тепловой изоляции. В разреженных газах, которые приближаются по своим свойствам к идеальному газу, при таком течении температура газа не меняется. Эффект Джоуля-Томсона демонстрирует отличие исследуемого газа от идеального. Количественно эффект Джоуля-Томсона определяется коэффициентом.
В данной лабораторной работе исследуется коэффициент дифференциального эффекта Джоуля-Томсона для углекислого газа. По экспериментальным результатам оценивается коэффициент теплового расширения, постоянные в уравнении Ван-дер-Ваальса и температура инверсии углекислого газа.
Вследствие чего меняется температура газа:
Проделанная над газом при дросселировании внешняя работа в адиабатическом процессе (без обмена теплом с окружающей средой) идет только на изменение его внутренней энергии. Поэтому при сжатии с ростом давления, когда молекулы газа сближаются и между ними возрастают силы отталкивания, теплота выделяется и растет температура газа.
При расширении, когда давление падает и межмолекулярное взаимодействие ослабляется, теплота поглощается и температура снижается. Естественно, что разница температур газа по обе стороны дросселирующей перегородки будет определяться видом газа (силой межмолекулярного взаимодействия) и перепадом давления.
Уравнение состояния газа Ван-дер-Ваальса — уравнение, связывающее основные термодинамические величины в модели газа Ван-дер-Ваальса.
Хотя модель идеального газа хорошо описывает поведение реальных газов при низких давлениях и высоких температурах, в других условиях её соответствие с опытом гораздо хуже. В частности, это проявляется в том, что реальные газы могут быть переведены в жидкое и даже в твёрдое состояние, а идеальные — не могут.