09-4 焦耳-汤姆逊效应.ppt

2018/2/6
物理化学II
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物理化学
焦耳-汤姆逊效应
2018/2/6
物理化学II
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卡诺循环
前课回顾
焓和热容
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Joule在1843年所做的气体自由膨胀实验是不够精确的,1852年Joule和Thomson 设计了新的实验,称为节流过程(throttling proces) 。
在这个实验中,使人们对实际气体的U和H的性质有所了解,并且在获得低温和气体液化工业中有重要应用。
焦耳-汤姆逊效应
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节流过程(throttling process)
环境对体系作功
δW左=(p1+dp)dV
W左=p1V1
体系对环境作功
δW右=(p2-dp)dV
W右= - p2V2
------1843年的焦耳实验不够精确?
总功 W = p1V1-p2V2, 总热 Q = 0
U2-U1= U = W = p1V1- p2V2
U2 + p2V2 = U1 + p1V1
H1=H2
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焦–汤系数定义:
称为焦-汤系数(Joule-Thomson coefficient),它表示经节流过程后,气体温度随压力的变化率。
>0 经节流膨胀后,气体温度降低。
是体系的强度性质。因为节流过程的,所以当:
<0 经节流膨胀后,气体温度升高。
=0 经节流膨胀后,气体温度不变。
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等焓线(isenthalpic curve)
为了求的值,必须作出等焓线,这要作若干个节流过程实验。
如此重复,得到若干个点,将点连结就是等焓线。
实验1,左方气体为,经节流过程后终态为,在T-p图上标出1、2两点。
实验2,左方气体仍为,调节多孔塞或小孔大小,使终态的压力、温度为,这就是T-p图上的点3。
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在点3左侧,
在点3右侧,
在点3处。
在线上任意一点的切线,就是该温度压力下的值。
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当时的温度称为反转温度,节流膨胀后气体温度不变
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转化曲线(inversion curve)
在虚线以左, ,是致冷区,在这个区内,可以把气体液化;
虚线以右, ,是致热区,气体通过节流过程温度反而升高。
选择不同的起始状态,作若干条等焓线。
将各条等焓线的极大值相连,就得到一条虚线,将T-p图分成两个区域。
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显然,工作物质(即筒内的气体)不同,反转曲线的T,p区间也不同。
例如, 的反转曲线温度高,能液化的范围大;
而和则很难液化。
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决定值的因素:
对定量气体,
经过Joule-Thomson实验后, ,故:
值的正或负由两个括号项内的数值决定。
代入得:
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