焦耳汤姆生实验及节流膨胀的热力学特征.pdf

1因因Q = 0∆ ∆U = W = p1V1 − − p2V2故故U2− − U1 = p1V1 − − p2V2得得U2 + p2V2 = U1 + p1V1 即即H2 = H1焦耳焦耳—汤姆生实验及节流膨胀的热力学特征汤姆生实验及节流膨胀的热力学特征热力学特征热力学特征: 节流膨胀是节流膨胀是恒焓过程恒焓过程! 表明真实气体的表明真实气体的H 是是T, p 的函数的函数.• 节流过程节流过程( p1> p2 )V1V2p1p2绝热气缸 多孔塞绝热气缸 多孔塞 p1p2真实气体真实气体 U＝＝f(T, V) H＝＝f(T, p )“焦汤效应焦汤效应”动画动画节流膨胀节流膨胀: 在在绝热绝热条件下流体的始、末态分别保持恒定压力的膨胀过程条件下流体的始、末态分别保持恒定压力的膨胀过程. 可能导致可能导致制冷效应制冷效应或或致热效应致热效应.2焦耳焦耳—汤姆生系数及其正负号的热力学分析汤姆生系数及其正负号的热力学分析焦耳焦耳—汤姆生系数汤姆生系数: 等焓下节流过程中温度随压力的变化率等焓下节流过程中温度随压力的变化率.µ µJ-T J-T 0,流体节流后温度下降;J-T > 0,流体节流后温度下降; µ µJ-T = 0,流体节流后温度不变.J-T = 0,流体节流后温度不变.HpT ⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛ ∂∂ ⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛ ∂∂ def T-Jµ µ() ()() ()pTHTpTH/pH/ pTppHTTHH∂∂∂∂−=⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛ ∂∂=µ=⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛ ∂∂+⎟ ⎠⎞⎜⎝⎛ ∂∂=∂∂∂∂−=⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛ ∂∂=µ=⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛ ∂∂+⎟ ⎠⎞⎜⎝⎛ ∂∂=T-J0ddd 得由得由pVU H;CTHp p+==⎟ ⎠⎞⎜⎝⎛ ∂∂+==⎟ ⎠⎞⎜⎝⎛ ∂∂而而{ {} }pTT CppVpU∂∂+∂∂−=−∂∂+∂∂−=−/)()/( TJµ µ1−=⎟ ⎠⎞⎜⎝⎛ ∂∂⎟⎠⎞⎜⎝⎛ ∂∂ ⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛ ∂∂−=⎟ ⎠⎞⎜⎝⎛ ∂∂⎟⎠⎞⎜⎝⎛ ∂∂ ⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛ ∂∂yxzxz zy yx3若若 {∂ ∂(pV)/∂ ∂p}T 0 , 产生致冷效应产生致冷效应; 若若 {∂ ∂(pV)/∂ ∂p}T> 0 , 则当则当 |(∂ ∂U/∂ ∂p)T | >|{∂ ∂(pV)/∂ ∂p}T| 时时, µ µJ-T为正值为正值; 当当 |(∂ ∂U/∂ ∂p)T | < |{∂ ∂(pV)/∂ ∂p}T| 时为负值时为负值. 究竟 是正是负要看气体的性质及 所处温度究竟 是正是负要看气体的性质及 所处温度, 压力而定压力而定. 理想气体理想气体µ µJ-T= 0= 0 . .pTpTHCppV CpU pT}/ )({)/( T-J∂∂−∂∂−=⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛ ∂∂=∂∂−∂∂−=⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛ ∂∂=µ µ焦耳焦耳—汤姆生系数及其正负号的热力学分析汤姆生系数及其正负号的热力学分析0 200 400 600 800 1000• 相同温度下不同气体的相同温度下不同气体的 Z - p等温线等温线p/102kPaZ= pVm/RT2.52.01.51.00.50.0理想气体理想气体NH3CH4H2节流过程体积增大节流过程体积增大, 克服分子间引力需吸收能量克服分子间引力需吸收能量, 而使热 力学势能增加而使热 力学势能增加, 即即 (∂ ∂U/∂ ∂p)T< 0.4制冷机的工作原理图制冷机的工作原理图•制冷机工作原理制冷机工作原理“压缩机压缩机”动画动画。