Джоуля - Томсона эффект. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Джоуля - Томсона эффект - изменение температуры газа при стационарном адиабатич. протекании его через пористую перегородку. Обнаружен и исследован Дж. П. Джоулем и У. Томсоном (W. Thomson) в 1852-62. В процессе Джоуля-Томсона газ, к-рый первоначально занимал объём V₁ при давлении P₁, перетекает через пористую перегородку, занимая после перехода объём V₂ при давлении P₂. Над системой совершается работа P₁V₁-P₂V₂, равная изменению внутр. энергии газа U₂-U₁, поскольку пористая перегородка гасит все его макроскопич. движения. Следовательно, при протекании газа в условиях тепловой изоляции остаётся постоянной энтальпия

. Из условия постоянства H следует, что изменение температуры T на единицу давления (дифференциальный Д.-T. э.) равно

где

- теплоёмкость при пост. давлении. Назв. "дифференциальный" означает малость величин

Для идеального газа Д.-T. э. равен нулю, а для реальных газов его знак зависит от знака выражения

, к-рый определяется ур-нием состояния. Если при протекании газа через пористую перегородку темп-pa убывает,

, то Д.-T. э. наз. положительным, если же темп-pa возрастает,

, то Д.-T. э. наз. отрицательным. Темп-pa T_i, при к-рой Д.-T. э. меняет знак, наз. температурой инверсии. Совокупность точек инверсии на диаграмме P, T наз. кривой инверсии (рис.). Данному давлению P соответствуют две точки инверсии, между к-рыми Д.-T. э. положителен. Для большинства газов (кроме H и Не) верхняя точка

лежит выше комнатной температуры. Для газа, описываемого Ван-дер-Ваальса уравнением, Д.-T. э. положителен, если , где R - газовая постоянная, т. е. константы ур-ния Ван-дер-Ваальса а и b оказывают противоположное влияние на знак Д.-T. э., к-рый определяется конкуренцией сил отталкивания и сил притяжения между молекулами. Кривая инверсии для газа Ван-дер-Ваальса соответствует ур-нию

или в приведённых переменных

, где

- приведённое давление,

- приведённая темп-pa,

- критич. давление, Т_кр=

- критическая температура.

Кривая инверсии для дифференциального Д.-T. э. в приведённых переменных

. Сплошная кривая соответствует газу Ван-дер-Ваальса, пунктирная - экспериментальным данным для H,.

В процессе Джоуля-Томсона энтропия возрастает, это необратимый процесс. Д.-T. э.- один из осн. способов получения низких температур. Обычно для этой цели применяют Д.-T. э. в комбинации с адиабатич. расширением газа. Дифференциальный Д.-T. э. невелик, для воздуха

град/атм

0,25*10^-5 град/Па. В технике используют интегральный Д.-T. э., при к-ром давление изменяется в широких пределах. Измерение Д.-T. э. позволяет установить ур-ние состояния реального газа.

Литература по эффекту Джоуля - Томсона

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.