💜💜💜💜💜💜
💜💜💜💜💜💜💜
💜💜💜💜💜💜💜
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
🦕: Представьте себе термодинамическую систему: некоторый реальный газ адиабатически расширяется через пористую перегородку в вакуум. Интуитивно кажется, что при расширение газ будет охлаждаться, однако, согласно эффекту Джоуля-Томсона, это далеко не всегда так. #физ_инфо
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️Рассмотрим систему более подробно: нам дан некий реальный газ, то есть мы учитываем размер частиц и их взаимодействие между собой. Газ находится в сосуде, разделённом пористой перегородкой, давление с обеих сторон поддерживается постоянное и ввиду P₁>P₂ газ постепенно проходит через перегородку. Этот процесс называется дросселированием
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
🌟Вспомним первое начало термодинамики:

ΔU=Q-A

Q= 0, тк процесс адиабатичен

A = P₁V₁ - P₂V₂

P₁V₁ — работа совершаемая над газом, отвечающая за его проталкивание через перегородку
P₂V₂ — работа совершаемая газом при его расширении после прохождения перегородки
Тогда:

U₂+P₂V₂ = U₁+P₁V₁

А это ни что иное, как энтальпия, а значит, что при эффекте Джоуля-Томсона энтальпия системы постоянна, или же H=const
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️Рассмотрим теперь изменение температуры газа

μ=(δΤ/δΡ)H, (H=const)

μ определяет эффект — если оно положительно, то газ охлаждается, если отрицательно — нагревается
От чего зависит μ?
Запишем энтальпию в дифференциальном виде:

dH = (δH/δΤ)p•dT + (δH/δP)t•dP = 0

Откуда:

μ = -(δH/δP)t/(δH/δΤ)p

Однако (δH/δΤ)p=Cp (теплоёмкость изобраного процесса)
И

(δH/δP)t = V - T(δV/δΤ)p

μ = - 1/Cp•(V - T(δV/δΤ)p)

Ср всегда положительно, а значит знак эффекта определяется значением выражения в скобках.
Слагаемое T(δV/δΤ)p связано с взаимодействием молекул. При расширении газ совершает работу против сил взаимодействия молекул, из-за чего происходит охлаждение
V — это "объёмный" вклад, который связан с работой против давление, которая так же ведёт к охлаждению.
Охлаждение газа при дросселировании происходит, если μ>0, то есть, если
V < T(δV/δΤ)p
Это случай, когда силы взаимодействия между молекулами велики.
Нагревание происходит, когда доминируют силы отталкивания (как правило случай высоких температур/давлений).
Температура инверсии, это частный случай, когда μ=0, то есть температура газа остаётся постоянной при прохождении перегородки.

Тинв = V/(δV/δT)p

Или же

Тинв = (2а/Rb)•(1 - b/V)²,

если воспользоваться уравнением Ван-дер-Ваальса для реального газа.
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️Где используется данный эффект?
Эффект Джоуля-Томсона широко применяется в промышленности, зачастую для сжижения газов или систем охлаждения
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️ АРХИВ ФИЗ ИНФО ⚛️