09-4 焦耳-汤姆逊效应.ppt

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1、2021/10/6物理化学II1物理化学焦耳-汤姆逊效应2021/10/6物理化学II2卡诺循环前课回顾焓和热容3Joule在1843年所做的气体自由膨胀实验是不够精确的，1852年Joule和Thomson设计了新的实验，称为节流过程（throttlingproces)。在这个实验中，使人们对实际气体的U和H的性质有所了解，并且在获得低温和气体液化工业中有重要应用。焦耳-汤姆逊效应物理化学II4节流过程（throttlingprocess)环境对体系作功δW左＝(p1+dp)dVW左＝p1V1体系对环境作功δW右＝(p2－dp)dVW右＝-p2V2------1843年的

2、焦耳实验不够精确？总功W=p1V1-p2V2,总热Q=0U2-U1=U=W=p1V1-p2V2U2+p2V2=U1+p1V1H1=H2物理化学II5焦–汤系数定义：称为焦-汤系数（Joule-Thomsoncoefficient),它表示经节流过程后，气体温度随压力的变化率。>0经节流膨胀后，气体温度降低。是体系的强度性质。因为节流过程的,所以当：<0经节流膨胀后，气体温度升高。=0经节流膨胀后，气体温度不变。物理化学II6等焓线（isenthalpiccurve)为了求的值，必须作出等焓线，这要作若干个节流过程实验。如此重复，得到若干个点，将点连结就是等焓线。实验1，左

3、方气体为，经节流过程后终态为，在T-p图上标出1、2两点。实验2，左方气体仍为，调节多孔塞或小孔大小，使终态的压力、温度为，这就是T-p图上的点3。物理化学II7在点3左侧，在点3右侧，在点3处。在线上任意一点的切线，就是该温度压力下的值。物理化学II当时的温度称为反转温度，节流膨胀后气体温度不变8转化曲线（inversioncurve)在虚线以左，，是致冷区，在这个区内，可以把气体液化；虚线以右，，是致热区，气体通过节流过程温度反而升高。选择不同的起始状态，作若干条等焓线。将各条等焓线的极大值相连，就得到一条虚线，将T-p图分成两个区域。物理化学II9显然，工作物质（即筒

4、内的气体）不同，反转曲线的T,p区间也不同。例如，的反转曲线温度高，能液化的范围大；而和则很难液化。物理化学II10决定值的因素：对定量气体，经过Joule-Thomson实验后，，故：值的正或负由两个括号项内的数值决定。代入得：物理化学II11实际气体第一项大于零，因为实际气体分子间有引力，在等温时，升高压力，分子间距离缩小，分子间位能下降，热力学能也就下降。理想气体第一项等于零，因为物理化学II12理想气体第二项也等于零，因为等温时pV=常数，所以理想气体的。实际气体第二项的符号由决定，其数值可从pV-p等温线上求出，这种等温线由气体自身的性质决定。物理化学II13实际

5、气体的pV-p等温线273K时和的pV-p等温线，如图所示。1.H2要使，必须降低温度。则第二项小于零，而且绝对值比第一项大，所以在273K时，的。物理化学II142.CH4在（1）段，，所以第二项大于零，；在（2）段，，第二项小于零，的符号决定于第一、二项绝对值大小通常，只有在第一段压力较小时，才有可能将它液化物理化学II15实际气体的将称为内压力，即：内压力（internalpressure)实际气体的不仅与温度有关，还与体积（或压力）有关。因为实际气体分子之间有相互作用，在等温膨胀时，可以用反抗分子间引力所消耗的能量来衡量热力学能的变化。物理化学II16vanderW

6、aals方程如果实际气体的状态方程符合vanderWaals方程,则可表示为：式中是压力校正项，即称为内压力；是体积校正项，是气体分子占有的体积。物理化学II17等温下，实际气体的不等于零。物理化学II对于范得华气体2021/10/6物理化学II18本小节课后习题11–25，26