Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Зрідження газів і методи одержання низьких температур(Джоуля-Томпсона, адіабатного розширення, адіабатного розмагнічення). Машини Клода і Лінде



В техніці для зрідження газів використовуються такі основні методи: 1)випаровування рідини(так працюють домашні холодильники), метод заснований на ефекті пониження тем-ри при випаровуванні; 2)Адіабатичне розмагнічення - деякі речовини (парамагнетики) мають здатність зберігати свій магнітний момент. При намагнічуванні у таких речовин потенційна енергія взаємодії зменшується. Охолодимо деякий намагнічений парамагнетик і адіабатично розмагнітимо його. При повільному розмагнічуванні ентропія системи незмінна(процес оборотний), з іншого боку внаслідок зростання ентропії, пов’язаної з розмагніченням спадає ентропія теплового руху (іде ще більше охолодження).

3)використання ефекту Джоуля-Томпсона- ідея методу полягає в тому, що газ пропускають через деяку пористу перегородку (дроселювання), підтримуючи сталу різницю тисків. Ефект має місце лише для реальних газів. При цьому в залежності від початкової тем-ри (тем-ри інверсії) газ може як нагріватися так і охолоджуватися. 4)адіабатне розширення газу з виконанням зовнішньої роботи-ідея цього методу слідує з рівняння адіабати. Метод адіабатного розширення є більш ефективним, оскільки він придатний і для реальних газів. Це пояснюється тим, що у випадку ідеальних газів робота виконується за рахунок внутрішньої енергії, а вона є монотонно зростаючою функцією самої лише тем-ри. Якщо енергії для виконання роботи не вистачає, роботу можна виконувати над тілом (наприклад розширяти поршень мотором), охолодження все одно відбуватиметься.

Машина Клода - використовує адіабатичне розширення і є більш ефективною

Поршнем 1 газ подають в установку, перетікаючи з циліндра 2 по трубкам 5, газ охолоджується за допомогою води (або іншого холодильника), і потрапляє в теплообмінник, де він охолоджується завдяки теплообміну з більш холодним газом. Потім газ потрапляє в детандер 4, де зазнає адіабатичного розширення і ще більш охолоджується. Далі газ потрапляє до поршня 2 через теплообмінник 6 і цикл повторюється, поки не настане зрідження.

Машина Лінде - повністю аналогічна машині Клода, але замість детандера в ній стоїть вентиль, завдяки чому відбувається дроселювання.



 

Рідини, дифузія, в’язкість.

Особливості рідкого стану, модель рідини.

 

 

q – висота потенціального бар’єру

Тепловий рух у рідинах.

τ – час осідлого життя молекул, час знаходження мол. в потенціальній ямі.

j – кількість стрибків; а– const; ν – частота коливань молекул в ямі

1 еВ = 1,6 * 10-19 Дж

Явища переносу у рідинах

dN – кількість молекул, що проходить за одиницю часу через площадку dS

…(далі зі шпор…)

В розташуванні частинок рідини спостерігається ближній порядок. Тобто, по відношенню до будь-якої частинки розташування найближчих до неї сусідів є впорядкованим. Через це структуру рідин називають квазікристалічною. Теорія рідин менш розвинута ніж теорія будови газу чи кристалу через проміжний? стан рідин. Найбільший вклад в розбудову теорії рідин зробив Френкель. Згідно з Френкелем, тепловий рух в рідинах має наступний характер. Кожна молекула на протязі деякого часу коливається коло визначеного положення рівноваги. Час від часу молекула змінює місце рівноваги, стрибком переміщуючись в нове положення, що знаходиться на відстані порядку розмірів молекули від попереднього. Таким чином, молекули лише повільно переміщуються всередині рідини, перебуваючи частину часу біля визначених місць. Довжина часу стоянки молекули є досить різними і хаотично чергуються, але середня величина коливань навколо одного й того самого положення рівноваги є у кожної рідини певної величини, що різко зменшується з підвищенням температури. В зв’язку з цим при підвищенні температури сильно збільшується рухомість молекул, що в свою чергу призводить до зменшення в’язкості рідин.



В’язкість рідин виникає при русі рідини через перенос імпульсу в напрямі, перпендикулярному до напряму руху. Перенос імпульсу здійснюється при стрибках молекул, про які вже говорилось вище. Загальний закон внутрішнього тертя: . Рідина буде тим більш текучою (з меншою в’язкістю), чим менший час t стоянки молекул і Þ чим частіше відбуваються стрибки. Ці міркування призводять до рівняння Френзеля-Андраде для коефіцієнту в’язкості: . Множник С, що входить у це рівняння, залежить від відстані стрибка d, частоти коливань v і температури. Однако, температурний хід в’язкості визначається множником . Þ з ­ температури в’язкість швидко ¯. Так, в’язкість води при зміні температури від 0°С до 100°С зменшується від 1,8х10-3 до 2,8х10-4 кг/м×с. Вимірюється цей коефіцієнт за допомогою віскозіметра.

Частіше вони побудовані на принципі спостереження стоку рідини через капіляри, швидкість якого залежить від в’язкості по закону Пуазейля: . Тут: V – об’єм рідини, що протікає в одиницю часу через капіляр радіусом r під дією різниці тисків при довжині капіляру l.

В рідині є істинним закон Фіка (загальне рівняння явищ переносу): . Коеф. дифузії можна отримати з наступних міркувань: якщо час між стрибками молекул позначити через t, то величина d/t є швидкість молекули. Це дозволяє порівняти з середньою довжиною вільного пробігу, а - з середньою швидкістю молекул. Þ Коеф. самодифузії рідини: . Множник 1/6 є тому, що рух носить хаотичний характер, тому можливі 6 напрямів руху молекули. Кількість молекул в одному напрямі є (1/6)n0. В формулу входить середнє значення квадрату, а не квадрат середнього значення (див. початок 2-го семестру з фізики). Коеф. D залежить від Т тому, що з ­ Т - ¯ час “спокійного” життя молекули, що призводить до ­ D. Час перебування молекули в даному місці рідини визначається ймовірністю для молекули отр. енергію w, необхідну для стрибка. Ця ймовірність визн. законом Больцмана: . Тут п – число молекул в об’ємі, енергія яких w, а п0 – число молекул, що мають середню теплову енергію, або kT. Þ . Множник А має сенс періода коливань молекули (А=1/v). Підставивши в формулу для коеф. дифузії, отр.: . Тут , а w - енергія, що необхідна для стрибка молекули, що наз. енергією активації молекули. Числове значення коеф. дифузії у рідин << ніж у газів.

Явище поверхневого натягу

Рідкий стан утворюється тоді, коли потенціальна енергія притяжіння молекул переважає над їх потенціальною енергією. Таким чином у рідин утворюється поверхність, котра обмежує її об`єм. На частини, котрі знаходяться поблизу поверхні, діють зі сторони інших молекул рідини сили, рівнодійна яких, направлена в середину рідини нормально до поверхні. Для збільшення поверхні рідини потрібно виконати роботу. При Т=const роль потенціальної енергії грає вільна енергія Е, для якої правдиве відношення dE=-dA? Де dA – робота, пов’язана з виникненням вільної енергії. В результаті однорідності поверхні вільна енергія ~ S(площі). Тому E=ss , де s -питома густина вільної енергії поверхні. Так як і в механіці, система прямує до мінімальної потенціальної енергії. В термодинаміці система прямує до мінімуму вільної енергії. Тому поверхня рідини намагається скоротитись. Завдяки цьому вздовж поверхні рідини діють сили , котрі називаються силами поверхневого натягу.

 

Робота, яку треба виконати щоб ізотермічно, квазістатично збільшити поверхню рідини на одиницю, при незмінному об`ємі, називається коефіцієнтом поверхневого натягу, або поверхневим натягом.

dF=-SdT – pdV (SdT=0)

dF=-pdV=-δA

F=Fоб+ Fпов

f1=f(V) f1-обємна густина вільної енергії

Fпов=(f2)a

f2=s s - коефіцієнт поверхневого натягу

 


Просмотров 1074

Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2021 год. Все права принадлежат их авторам!