ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА ЗАКОН

Согласно молекулярно-кинетич. теории строения вещества, Д.- Т. э. свидетельствует о наличии в газе сил межмолекулярного взаимодействия (обнаружение этих сил было целью опытов Джоуля и Томсона). Действительно, при взаимном притяжении молекул внутр. энергия (U

ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА ЗАКОН

Согласно молекулярно-кинетич. теории строения вещества, Д.- Т. э. свидетельствует о наличии в газе сил межмолекулярного взаимодействия (обнаружение этих сил было целью опытов Джоуля и Томсона). Действительно, при взаимном притяжении молекул внутр. энергия (U i>)
газа включает как кинетическую энергию молекул, так и потенциальную энергию
их взаимодействия. Расширение газа в условиях энергетич. изоляции не меняет
его внутр. энергии, но приводит к росту потенциальной энергии взаимодействия
молекул (поскольку расстояния между ними увеличиваются) за счёт кинетической.
В результате тепловое движение молекул замедлится, темп-pa расширяющегося
газа будет понижаться. В действительности процессы, приводящие к Д.- Т.
э., сложнее, т. к. газ не изолирован энергетически от внеш. среды. Он совершает
внеш. работу (последующие порции газа, справа от дросселя, теснят предыдущие),
а слева от дросселя над самим газом совершают работу силы внеш. давления
(поддерживающие стационарность потока). Это учитывается при составлении
энергетич. баланса в опытах Джоуля-Томсона. Работа продавливания через
дроссель порции газа, занимающей до дросселя объём V p Эта
же порция газа, занимая за дросселем объём V р Проделанная над газом результирующая внеш. работа A =pможет
быть как положит., так и отрицат. В адиабатич. условиях она может пойти
только на изменение внутр. энергии газа: A =U-UОтсюда,
зная уравнение состояния газа и выражение для U, можно найти ДТ.

Величина и знак Д. - Т. э. определяются
соотношением между работой газа и работой сил внеш. давления, а также свойствами
самого газа, в частности размером его молекул.

Для идеального газа, молекулы к-рого рассматриваются
как материальные точки, не взаимодействующие между собой, Д.- Т. э. равен
нулю.

В зависимости от условий дросселирования
один и тот же газ может как нагреваться, так и охлаждаться. Темп-pa, при
к-рой (для данного давления) разность ДТ проходя через нулевое значение,
меняет свой знак, называется температурой инверсии Д.-Т. э. Типичная кривая
зависимости темп-ры инверсии от давления показана на рис. 2. Кривая инверсии
отделяет совокупность состояний газа, при переходе между к-рыми он охлаждается,
от состояний, между к-рыми он нагревается.

Рис. 2. Кривая инверсии азота. В пределах
кривой эффект Джоуля - Томсона положителен (ДТ<0), вне кривой -

отрицателен (ДТ>0). Для точек на самой
кривой эффект равен нулю.

Значения верхних темп-р инверсии (Трис. 2) для ряда газов приведены в таблице.