Джоуля - Томсона эффект. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Джоуля - Томсона эффект - изменение температуры газа при стационарном адиабатич. протекании его через пористую перегородку. Обнаружен и исследован Дж. П. Джоулем и У. Томсоном (W. Thomson) в 1852-62. В процессе Джоуля-Томсона газ, к-рый первоначально занимал объём V₁ при давлении P₁, перетекает через пористую перегородку, занимая после перехода объём V₂ при давлении P₂. Над системой совершается работа P₁V₁-P₂V₂, равная изменению внутр. энергии газа U₂-U₁, поскольку пористая перегородка гасит все его макроскопич. движения. Следовательно, при протекании газа в условиях тепловой изоляции остаётся постоянной энтальпия

. Из условия постоянства H следует, что изменение температуры T на единицу давления (дифференциальный Д.-T. э.) равно

где

- теплоёмкость при пост. давлении. Назв. "дифференциальный" означает малость величин

Для идеального газа Д.-T. э. равен нулю, а для реальных газов его знак зависит от знака выражения

, к-рый определяется ур-нием состояния. Если при протекании газа через пористую перегородку темп-pa убывает,

, то Д.-T. э. наз. положительным, если же темп-pa возрастает,

, то Д.-T. э. наз. отрицательным. Темп-pa T_i, при к-рой Д.-T. э. меняет знак, наз. температурой инверсии. Совокупность точек инверсии на диаграмме P, T наз. кривой инверсии (рис.). Данному давлению P соответствуют две точки инверсии, между к-рыми Д.-T. э. положителен. Для большинства газов (кроме H и Не) верхняя точка

лежит выше комнатной температуры. Для газа, описываемого Ван-дер-Ваальса уравнением, Д.-T. э. положителен, если , где R - газовая постоянная, т. е. константы ур-ния Ван-дер-Ваальса а и b оказывают противоположное влияние на знак Д.-T. э., к-рый определяется конкуренцией сил отталкивания и сил притяжения между молекулами. Кривая инверсии для газа Ван-дер-Ваальса соответствует ур-нию

или в приведённых переменных

, где

- приведённое давление,

- приведённая темп-pa,

- критич. давление, Т_кр=

- критическая температура.

Кривая инверсии для дифференциального Д.-T. э. в приведённых переменных

. Сплошная кривая соответствует газу Ван-дер-Ваальса, пунктирная - экспериментальным данным для H,.

В процессе Джоуля-Томсона энтропия возрастает, это необратимый процесс. Д.-T. э.- один из осн. способов получения низких температур. Обычно для этой цели применяют Д.-T. э. в комбинации с адиабатич. расширением газа. Дифференциальный Д.-T. э. невелик, для воздуха

град/атм

0,25*10^-5 град/Па. В технике используют интегральный Д.-T. э., при к-ром давление изменяется в широких пределах. Измерение Д.-T. э. позволяет установить ур-ние состояния реального газа.

Литература по эффекту Джоуля - Томсона

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.