Joul-Tomson effekti

Joul-Tomson effekti

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 T harorati bilan aniqlanadi; bir mol ideal gaz uchun U=E_k=C_vT, bunda C_v - o‘zgarmas hajmdagi molyar issiqlik sig‘imidir.

Real gazda molekulalar orasidagi o‘zaro ta'sir kuchlari katta ahamiyatga ega ekanligini ko‘rib o‘tgan edik. Shuning uchun real gazning ichki energiyasi uning molekulalari harakatining kinetik energiyasi bilan molekulalarning o‘zaro ta'sir potensial energiyasi yig‘indisidan iborat bo‘ladi:

Molekulalarning o‘zaro ta'sir potensial energiyasi ular orasidagi o‘rtacha masofaga bog‘liq, shuning uchun E_p gazning hajmiga bog‘liq bo‘lishi kerak. Atrofdagi jismlar bilan energiya almashmagan holda gazning hajmi o‘zgarsa, uning ichki energiya zahirasi U o‘zgarmaydi va bu holda yuqoridagi (I) tenglamadan quyidagi kelib chiqadi:

ya'ni, real gazning hajmi o‘zgarishi bilan uning potensial energiyasi o‘zgarganda gaz molekulalari harakatining kinetik energiyasi ham o‘zgarishi kerak. o‘zgarmas hajmdagi issiqlik sig‘im C_v real gaz uchun ham faqat molekulalar harakatining kinetik energiyasi bilan aniqlanganligi sababli bu holda E_k=C_vT tenglik (bir mol uchun) o‘z kuchini saqlaydi va (II) munosabatdan quyidagina olamiz:

Bu ifodadan shunday xulosa kelib chiqadi: atrofdagi jismlar bilan issiqlik almashinmay va tashqi ish bajarilmay real gazning hajmi o‘zgarsa, unin harorati ham o‘zgaradi. Bunday hodisani kuzatishga birinchi bo‘lib uringan kishi Jeyms Jouldir. Joul C jo‘mrakka ega bo‘lgan naycha bilan tutashtirilgan ikki A va B idishlarni suvli kalorimetrga joylashtirgan (chapdagi rasm). B idishning havosi so‘rib olingan bo‘lib, A idishdagi havo biror p bosimga ega bo‘lgan. Jo‘mrak ochilgach, A idishdagi havo B idishga oqib chiqib, tashqi ish bajarmagani holda kengayadi. Joul bu tajribasida kalorimetrning harorati o‘zgarmaganligini payqagan. Shunga asosan, u gazning ichki energiyasi o‘zgarmaydi deb xulosa chiqardi.

Bir qancha vaqtdan keyin Joul mana shu tajribani Uilyam Tomson bilan birgalikda yanada sezgirroq talqinda qayta takrorladi. A va B idishlarni naychiga g‘ovak to‘siq C joylashtirildi (o‘ngdagi rasm). Naycha issiqlik o‘tkazmaydigan modda bilan o‘ralgan. A va B idishlardagi gazning p₁ va p₂ bosimi o‘zgarmas holda saqlab turiladi. Gaz naycha ichidagi g‘ovakli to‘siq orqali bosimi katta idishdan bosimi past idishga oqadi. g‘ovakli to‘siqning ikkala tomonlariga sezgir termometrlar qo‘yilgan. Bu vaqtda har ikkala termometr ko‘rsatayotgan haroratlar orasida ozgina farq borligi ko‘ringan. To‘siqning gaz kengayayotgan tomondagi harorat, ko‘pchilik gazlar uchun bir oz pastroq bo‘lgan. Vodorod uchun haroratning o‘zgarishi aksincha bo‘lib chiqdi: vodorod kengayayotganida uning harorati ko‘tarilib qolgan, ya'ni, u isigan edi. Gazning hajmi (issiqlik almashinmay, tashqi ish bajarmay) kengayganda uning haroratining o‘zgarishidan iborat bo‘lgan mana shu effekt,