汤姆逊效应(改变世界的科技)

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汤姆逊效应(转变世界的科技)

焦耳-汤姆孙效应是在1852年,由英国物理学家J.P.焦耳和W.汤姆孙为了进一步研讨气体的内能,对焦耳气体自由膨胀试验作了改良,而提出的理论。

焦耳-汤姆孙效应是指是指气领会因在等(原创www.isoyu.com版权)焓的环境下自由膨涨,而使到温度上升或降低。

各种气体定律解释了温度、压力和体积。当体积不可逆回地上升,这些定律不能清晰解释压力和温度的转变。而在可逆绝热进程中,气体膨涨做了正功,因此温度降低。

可是,真实气体(百思特网相对幻想气体而言)在等熵环境下自由膨涨,温度会上升或降低(是哪方看初始温度而定)。对于给定压力,真实气体有一个焦耳-汤姆孙反转温度,高于时气体温度会上升,低于时气体温度降低,刚好在这温度时气体温度不变。许多气体的在1大气压力下的反转温度高于室温。而此效应就解释了这个问题:

温度降低:当气体膨胀,分子之间的平均距离上升。因为分子间吸引力,气体的位能上升。因为这是等熵进程,体系的总能量守恒,所以位能上升必定会令动能降低,故此温度降低。

温度上升:当分子碰撞,位能暂时转成动能。由于分子之间的平均距离上升,每段时光的平均碰撞次数上升,位能降低,因此动能上升,温度上升。

低于反转温度时,前者的影响较为显著,高于反转温度时,后百思特网者影响较显著。

试验装置相似如图1所示。C1、C2为两个可移动的绝热活塞。多孔塞一边保持必定的较高的压强p1,另一边保持在较低压强p2。迟缓地推进C1,气体从p1一边经多孔塞流向p2一边,同时亦迟缓地使C2向右移动,但坚持p1,p2不变。这种进程叫节流进程。由于这进程是在绝热体系中进行,所作的净功应等于体系内能的转变。 于是在进程的前后有:U1+p1V1=U2+p2V2=恒量,即进程前后焓H相等。在这进程中,体系温度随压强转变的现象称为焦耳-汤姆孙效应,并把气体温度T随压强p的变更率定义为焦耳-汤姆孙系数。

气体从较高压强向较低压强膨胀时变冷,即>0时的效应称致冷效应或正焦耳-汤姆孙效应;若<0则为致热效应或负焦耳-汤姆孙效应。=0的点称改变点,这时节流后温度无变更,称零焦耳-汤姆孙效应。幻想气体所反应的始终是零焦耳-汤姆孙效应。对真实气体,若坚持p1、T1不变,转变p2而得到一系列相应不同的T2,这样在T-p图上所得的曲线称等焓线。在不同的T1温度下反复这种测量可得一系列的等焓线,衔接各条等焓线上的改变点所得到的轨迹称转换曲线。在转换曲线右边的区域是致热区,区内出现出负焦耳-汤姆孙效应;左边是致冷区,区内出现正焦耳-汤姆孙效应。所以,若节流进程产生在致冷区时,气体经节流后温度下降;产生在致热区时则温度升高。在致冷区内多次运用焦耳-汤姆孙效应,可使气体液化。在室温下若气体(如氢气)产生负焦耳-汤姆孙效应,则可先行预冷(例如对氢用液态空气预冷)使其温度降到致冷区,然后用上面办法使其液化。现在这种使气体液化的办法已被普遍采取。

焦耳-汤姆孙效应运用普遍,对于动力装备的意义亦是伟大。基于此项原理改良的许多动力装置,依然在工业生产中施展极为重大的作用。

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