I.3.3 ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ РЕАЛЬНОГО ГАЗА. ЭФФЕКТ ДЖОУЛЯ - ТОМСОНА

Внутренняя энергия реального газаскладывается из кинетической энергии поступательного и вращательного движения молекул (зависит от температуры) и энергии взаимодействия молекул – потенциальной энергии (зависит от расстояния между молекулами, т.е. от объема газа).

Если для идеального газа внутренняя энергия была функцией температуры U=C_vT, то для реального она является функцией двух величин: U = f (T, V). Конечно, для разных газов эти функции имеют неодинаковый вид.

Так как при расширении реального газа его потенциальная составляющая внутренней энергии может (в зависимости от начального состояния) увеличиться, либо уменьшиться, адиабатное расширение этого газа может сопровождаться не только понижением температуры (как это было для идеального газа), но и повышением ее (отрицательный эффект Джоуля – Томсона).

В первом случае работа газа против внешних сил, а также увеличение потенциальной энергии газа происходит за счет кинетической энергии беспорядочного движения молекул. Следовательно, температура газа понижается.

Во втором случае может оказаться, что количество высвободившейся потенциальной энергии окажется больше, чем работа, которую совершил газ против внешних сил при расширении; избыток этой энергии пойдет тогда на увеличение кинетической энергии молекул, т.е. на нагревание газа. В обычных условиях все реальные газы при адиабатном расширении охлаждаются. На этом свойстве основан один из способов получения низких температур.

Эффект Джоуля-Томсона. Изменение температуры реального газа в результате его адиабатического расширения, или, как говорят адиабатического дросселирования – медленного прохождения газа под действием перепада давления сквозь дроссель (например, пористую перегородку), называется эффектом Джоуля-Томсона. Эффект Джоуля-Томсона принято называть положительным, если газ в процессе дросселирования охлаждается ( ), и отрицательным, если газ нагревается .

В зависимости от условий дросселирования для одного и того же газа эффект Джоуля-Томсона может быть как положительным, так и отрицательным. Температура, при которой (для данного давления) происходит изменение знака эффекта Джоуля-Томсона, называется температурой инверсии