焦耳汤姆逊效应.ppt

§ 焦耳-汤姆逊效应与制冷机
§ 制冷循环与制冷系数
(一)制冷循环
前面讨论过 p – V 图上顺时针循环(热机)的热力学过程。现在讨论逆时针循环(致冷机)的热力学过程。如图所示。
系统经过一个循环后，
从较低温热源取走了 一部分热量传到较高温热源去。这正是制冷机的原理。
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制冷系数
为了能对制冷机的性能作出比较，
需对制冷机效率作出定义:
在制冷机中人们关心的是从低温热源吸走的总热量 ｜Q2｜，
其代价是外界必须对制冷机作功 W，故定义
(二)制冷系数
另外,因为 冷 的数值可以大于1，故不称为制冷机效率而称为制冷系数。
为什么 W = ｜Q1｜-｜Q2｜?
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(三)可逆卡诺制冷机的制冷系数
图示2-1-4-3-1的逆时针循环是可逆卡诺制冷机循环。
它在温度 T1 等温压缩放热 Q1 ,
在温度 T2 ( T2 < T1 ) 等温膨胀吸热 Q2,,
还各有一个绝热压缩、绝热膨胀过程。
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可以看到，制冷温度越低，制冷系数也越小。若为绝对零度，则制冷系数为零。
其制冷系数为
可逆卡诺制冷机的制冷系数 。
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§ 焦耳-汤姆逊效应
使物体温度降低的常用方法有下列五种：
①  通过温度更低的物体来冷却；
②  通过吸收潜热(如汽化热、吸附热、溶解热、稀释热等)来降温；
③  通过绝热膨胀降温；
④  温差电致冷；
⑤  节流膨胀致冷。
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大多数制冷机都是通过（工作媒质）气体液化来获得低温热源，通过液化工质的蒸发吸热来提供制冷量的 。
 气态工质降温后能以液态出现的有效手段是节流效应。
本节中专门介绍焦耳 - 汤姆逊效应,也称节流效应。
下图为焦耳 - 汤姆逊实验示意图。
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实验发现，这时在多孔塞两边的气体的温度一般并不相等，
温度差的大小和气体种类及多孔塞两边的压强的数值有关。
高压
低压
多孔塞
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目前在工业上是使气体通过节流阀或毛细管来实现节流膨胀的。
绝热条件下，高压气体经过多孔塞、小孔、通径很小的阀门、毛细管等流到低压一边的稳定流动过程称为节流过程。
高压
低压
多孔塞
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下面讨论多孔塞实验,如图所示。
两端开口的绝热气缸中心有多孔塞，多孔塞两侧维持不同压强 p1  p2 。
图（a）是节流前多孔塞左边的活塞尚未运动时气体的热力学状态（初态）。
图（b）是活塞将气体全部压到多孔塞右边时气体的状态（末态）。
显然,气体在中间经历的都是非平衡态。 （为什么?）
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以活塞左边气体为研究对象，当气体全部穿过多孔塞以后，它的状态参量从 V1 变为 V2 ，p1 变为 p2 ,T1 变为 T2 。
设气体都在左边时的内能为 U1 ，
气体都在右边时的内能为 U2 。
气体穿过多孔塞过程中，左边活塞对气体作功
气体推动右边活塞作功
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