Gazlarning suyuqlikka aylanishi. Joul-Tomson effekti. Reja: Real gazning ichki energiyasi haqida tushuncha

Gazlarning suyuqlikka aylanishi. Joul-Tomson effekti.
Reja:

1. 
   Real gazning ichki energiyasi haqida tushuncha
   
2. 
   Molekulalarning harakat kinetik energiyasi va o`zgarmas hajmdagi issiqlik sig`im orasidagi bog`lanish
   
3. 
   Joul- Tomson effektini mohiyati
   

1. Bizga ma`lumki, ideal gazning U-ichki energiyasi uning molekulalari harakatining kinetik energiyasidan iborat. Bu energiya berilgan gazning hajmiga ham, bosimiga ham bog`liq bo`lmay, faqat uning Т  temperaturasi bilan aniqlanadi.
Bir mol ideal gaz uchun bunda С<sub>V</sub>  o`zgarmas hajmdagi molyar issiqlik sig`imidir.
Real gazda molekulalar orasidagi o`zaro ta`sir kuchlari katta ahamiyatga egaligini bilamiz. Shuning uchun real gazning ichki energiyasi uning molekulalar harakatining kinetik energiyasi bilan molekulalarning o`zaro ta`sir potensial energiyasining yig`indisidan iborat bo`ladi.
(21.1)
Molekulalarning o`zaro ta`sir potensial energiyasi ular orasidagi o`rtacha masofaga bog`liq, shuning uchun Е<sub>Р</sub> gazning hajmiga bog`liq bo`lishi kerak.
Atrofdagi jismlar bilan energiya almashmagani holda gazning hajmi o`zgarsa, uning ichki energiyasi zaxirasi o`zgarmaydi va bu holda (1) tenglamаdan
(21.2)
kelib chiqadi.
2. Ma`lumki, o`zgarmas hajmdagi issiqlik sig`im real gaz uchun ham faqat molekulalar harakatining kinetik energiyasi bilan aniqlanganligi sababli bu holda ham ga teng bo`ladi.
(21.3)
tengligini olamiz.
Demak bundan atrofdagi jismlar bilan issiqlik almashinmay va tashqi ish bajarmay real gazning hajmi o`zgarmas uning temperaturasi ham o`zgaradi. Buni birinchi bo`lib ingliz fizigi Joul 1887- yilda kuzatadi.
3. Joul С-jo`mrakka ega bo`lgan naycha bilan tutashtirilgan ikki A vа В idishlarni suvli kalorimetrga joylashtirgan. В idishning havosi so`rib olingan bo`lib, A idishdagi havo ma`lum Р bosimga ega. С-jo`mrak ochilganda A idishdagi havo В-idishga oqib chiqib, tashqi ish bajarmagani holda kengayadi.
Joul bu tajribada kelometrning temperaturasi o`zgarmaganini payqagan. Shunga asosan, u ichki energiyasi o`zgarmaydi degan xulosa chiqardi. 1888- yil Joul shu tajribani Tomson bilan birgalikla yanadi sezgiroq boshqa variantda takrorlaydi. A va В idishlarni tutashtiruvchi naycha g`ovak tiqin C ni joylashtiradi. Naycha issiqlik o`tkazmaydigan modda bilan o`ralgan. A va В idishlardagi gazning Р<sub>1</sub> va Р bosimi o`zgarmas holda saqlab turiladi. Gaz nay idishdagi tiqin orqali bosimi katta idishdan bosimi kichik idishga oqadi. Tiqinning ikkala tomoniga sezgir termometrlar quyiladi. Bu vaqtda har ikkala termometr ko`rsatayotgan termometrlar orasidagi ozgina farq borligi ko`ringan. Tiqinning gaz kengayayotgan tomonidagi temperatura ko`pchilik gazlar uchun bir oz pastroq bo`lgan. vodorod uchun temperaturaning o`zgarishi aksincha bo`lib chiqdi. Vodorod kengayayotganda isigan gaznin hajmi (issiqlik almashinmay) kengayganida uning temperaturasini o`zgarishidan iborat bo`lgan mana shu effekt Joul - Tomson effekti deyiladi.
Bu hodisa real gaz xossalarining ideal gaz xossalaridan farq qilishining natijasidir. Gaz kengayishi natijasida sovishdan iborat bo`lgan effektga Joul - Tomson musbat effekti deyiladi. Gaz kengishi natijasida isisa bunday effektga Joul - Tomson manfiy effekti deyiladi.
Keyinchalik Joul - Tomson effektining ishorasi Van-Der Vaals tenglamasidagi a va в tuzutmalardan qaysi birining roli kattaroq bo`lishiga bog`liq ekanligida aniqlanadi. Joul - Tomson effekti bilan Van-der Vaalsning
(21.4)
tenglamadagi a va в tuzatmalar orasidagi bog`lanishni aniqlash uchun potensial egri chiziqlardan foydalanish mumkin.
Ma`lumki, molekulalarning o`zaro ta`sir kuchlari O ga teng bo`ladigan ideal gazlarda Joul-Tomson effekti bo`lmaydi. Joul - Tomson effekti miqdoriy jihatdan Joul-Tomson differensial koeffitsienti deb ataluvchi  bilan xarakterlanadi. Ya`ni
(21.5)
Agar Р<0 va Т<0 bo`lganda   musbat Р>0 va Т>0 bo`lsa   manfiy ekanini bildiradi. Joul-Tomson, protsess qaytmas protsessdir, demak bu protsessda entropiya ortadi, dS>0 Joul-Tomson koeffitsientini hisoblaymiz.
tenglamadan
(21.6)
Ammo ekanligini e`tiborga olsak
(21.7)
Entropiyaning dS o`zgarishini dT o`zgarishi va bosimning dP o`zgarishi orqali ifodalasak
(21.8)
teng edi. (21.8) formulani (21.7) qo`yamiz.
(21.9)
Bundan Joul-Tomson koeffitsientining quyidagi ifodasini olamiz:
(21.10)
Bu yerda gazning kengayish koeffitsienti Joul-Tomson koeffitsienti o`zining ishorasini o`zgartiradi. Bu Т_i  temperatura inversiya temperaturasi deyiladi.
4. Yuqorida aytilgandek Joul-Tomson effekti qaytmas protsessdir. Issiqlik mashinasining f.i.k. to`g`risida aytilgan fikrlar hammasi sovitish apparatlariga ham tengligidir, chunki ularni issiqlik dvigatellariga teskari qurilmalar deb tushinish mumkin.
Sovutgich mashinada issiqlik sovuq jismdan olib, issiqroq jismga berilishini eslaylik. Bunda mexanik ish bajariladi, yana shu ish hisobidan sovuq jismdan issiq jismga issiqlik uzatiladi. Bunda prosess o`zidan bajarilmasligini bilamiz. Sovitgich mashinasining f.i.k. sifatida sovitalyotgan jismdan olingan Q issiqlik miqdorining bunda sarf qilingan A ishga nisbatini olish kerak:
(21.11)
Sovutuvchi apparatlarga qo`llanilganda bu koeffitsient sovitish koeffitsienti deb yuritiladi. Karno tsikli bo`yicha ishlaydigan sovutgich mashina uchun sovitish koeffitsienti
(21.12)
teng bo`ladi, Т₁  sovitilayotgan jsimning temperaturasi Т₂  issiqlik uzatilayotgan jismning temperaturasi. Sovitish koeffitsienti, albatta birdan katta ham bo`lishi mumkin.
Texnikada gazlar (havo) ni suyultirish uchun ishlatiladigan tarixiy birinchi mashinalar Linde va Gempsonlar tomonidan 1985- yil yaratilgan. Ular gazlarni kritik temperaturadan past temperaturagacha sovitish va suyultirish uchun drossellash metodidan foydalanganlar.
1902- yilda Klod birinchi marta detanderli mashinalar ishlab chiqib unda havoni suyultirdilar. P.L.Kapisa Klod mashinasidan foydalanib porshenli detanderturbinaga ya`ni turbodetanderga almashtirildi va unda 77,32K temperaturada suyuq azot va 90,12 K - temperaturada suyuq kislorod olinadi.