Joul-Tomson effekti

Joul-Tomson effekti deyiladi. Bu hodisa real gaz xossalarining ideal gaz xossalaridan farq qilishining natijasidir.

Gazning kengayishi natijasida sovishidan iborat bo‘lgan effektga Joul-Tomson musbat effekti, gazning kengayishi natijasidan isishidan iborat bo‘lgan effektga Joul-Tomson manfiy effekti deb ataladi. Keyinchalik Joul-Tomson effektining ishorasi Van der Vaals tenglamasidagi a va b tuzatmalardan qaysi birining roli kattaroq bo‘lishiga bog‘liq ekanligi aniqlandi.

Joul-Tomson effekti bilan Van der Vaalsning

tenglamasidagi a va b tuzatmalar orasidagi bog‘lanishni aniqlash uchun potensial egri chiziqlardan (grafiklardan) foydalanish mumkin.

Tushunarli bo‘lishi uchun ikkita ayrim-ayrim holni: 1) Van der Vaals tenglamasidagi a tuzatmani nazarga olmaslik mumkin bo‘lgan gazni; va 2) b tuzatmani nazarga olmaslik mumkin bo‘lgan gazni tekshirib ko‘raylik.

Biz yuqorida Van der Vaals tenglamasidagi a tuzatma molekulalar orasidagi tortishish kuchlarining mavjud bo‘lishi bilan bog‘liq ekanligini ko‘rgan edik. Shuning uchun birinchi holda molekulalar orasidagi tortishish kuchlarini nihoyatda kichik deb olib, faqat itarish kuchlarinigina hisobga olish kerak. U holda molekulalarning o‘zaro ta'sir potensial energiyasi E_p, molekulalar orasidagi r masofaning funksiyasi sifatida rasmda ko‘rsatilgan egri chiziq bilan tasvirlanadi.

Gazning p₁ bosimi katta bo‘lganda molekulalar orasidagi o‘rtacha masofa r₁ kichik bo‘ladi; p₂ bosim kichik bo‘lganda o‘rtacha masofa r₂ katta bo‘ladi. Shunga ko‘ra, bosim kamayishi bilan ichki potensial energiyaning kamaya borishi 20-5a rasmda ko‘rinib turibdi:

Ammo ΔE_p < 0 bo‘lganda (III) tenglikdan ΔE >0 ekanligi kelib chiqadi.

Shunday qilib, quyidagi xulosaga kelamiz: Van der Vaals tenglamasidagi a tuzatmani nazarga olmaslik mumkin bo‘lgan, lekin b tuzatma sezilarli ahamiyat kasb etadigan gaz kengayganida isiydi.

Ikkinchi hol nuqtaviy deb olinishi mumkin bo‘lgan kichik o‘lchamli molekulalarga taaluqlidir. Bu esa molekulalar orasidagi masofa yetarli darajada katta bo‘lganda ular orasidagi itarish kuchlari sezilarli bo‘lmaydi demakdir. Faqat (to‘qnashish paytlaridan boshqa vaqtlarda) potensial energiya E_p ning masofa r ga, 20-5b rasmda tasvirlanganidek, bog‘lanishga mos bo‘lgan tortishish kuchlarinigina nazarga olishga tir keladi.

Endi potensial energiya manfiy va uning son qiymati r ning o‘sishi bilan kamayadi, shuning uchun:

Bundan, (III) tenglikka asosan ΔT <0 ekanligi kelib chiqadi. Van der Vaals tenglamasidagi b tuzatmani nazarga olmaslik mumkin bo‘lganida, lekin a tuzatma muhim ahamiyat kasb etganida, gaz kengayishda soviydi.

Agar real gaz uchun molekulalarning xususiy hajmini hisobga oluvchi b tuzatma asosiy rol o‘ynasa, bunday real gaz Joul-Tomson manfiy effektini beradi; agar real gaz molekulalar orasidagi tortishish kuchlarini hisobga oluvchi a tuzatma asosiy rolni o‘ynasa, bunday real gaz Joul-Tomson musbat effektini beradi.

Ayni bir gaz uchun, uning harorati va bosimiga qarab, goh b tuzatma, goh a tuzatma katta rol o‘ynashi mumkin. Shu sababli, tashqi sharoitga qarab, ayni bir real gazning o‘zi goh musbat, goh manfiy Joul-Tomson effektini berishi mumkin. Juda katta bosimlarda har qanday gaz uchun ham molekulalarning xususiy hajmi, ya'ni, b tuzatma kattaroq ahamiyat kasb etadi, demak, juda katta bosimlarda barcha gazlar Joul-Tomson manfiy effektini beradi.

Bosim p va harorat T ning ba'zi qiymatlarida har ikki a va b tuzatmalarning roli birday bo‘ladi; bunday holatdagi real gaz Joul-Tomson nol effektini beradi, ya'ni, gaz kengayganda isimaydi ham, sovimaydi ham. Joul-Tomson effekti nolga teng bo‘lgan holat inversiya nuqtasi deyiladi. Inversiya nuqtalarining to‘plami, grafikda ifodalanganda rasmda ko‘rsatilgandek egri chiziqni hosil qiladi. p va T ning berilgan qiymatlariga mos kelgan nuqta uchun Joul-Tomson effekti, u nuqta inversiya chizig‘ining qaysi tarafida yotishiga qarab, manfiy yoki, musbat ishoraga ega bo‘lishi mumkin: agar u pastda bo‘lsa, Joul-Tomson effekti musbat, agar nuqta egri chiziqdan yuqorida bo‘lsa, Joul-Tomson effekti manfiy bo‘ladi.

Kapillyarni boshqarish quyidagi tajribada kuzatish oson bo'lgan kapillyarlik fenomeniga asoslangan. Kapillyarlar - yupqa naychalar - suyuqlik bilan keng idishga tushadi. Kapillyarning uchi suyuqlik bilan namlanganidan so'ng, kapillyarda suyuqlik tomir ichidagi darajadan ancha yuqori ko'tariladi. Kapillyar ko'tarilishining h balandligi quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi
.

bu erda R - kapillyarning radiusi, ρ - suyuqlikning zichligi, g - tortishish tezlashishi. Formuladan ko'rinib turibdiki, namlanish qancha ko'p bo'lsa, kapillyar ko'tariladi. Kapillyarning radiusi h ga teskari proportsionaldir, ya'ni. radius qanchalik kichik bo'lsa, kapillyar ko'tariladi.

Bu quyidagicha: kapillyar yoriq qanchalik ingichka bo'lsa, uning ichiga suyuqlik suyuqligi chuqurroq kiradi. Ko'rinishning texnologik ishlashi paytida ishlab chiquvchiga imkon qadar kichik bo'lishi juda muhimdir. Keyin indikator suyuqligi ishlab chiqaruvchining kapillyar kuchlari tomonidan nuqsondan samaraliroq olib tashlanadi va ishlab chiquvchi qatlam yuzasida iz hosil qiladi, ya'ni. nuqson aniqlanadi.

Har qanday suyuqlik uchun suyuqlikning ko'tarilishi ahamiyatsiz bo'lganda kapillyarlik fenomeni yuzaga kelmaydigan trubaning radiusini hisoblash mumkin. Masalan, suv uchun, diametri 3,6 mm bo'lgan shisha naychalarning ko'tarilishi endi yalang'och ko'z bilan kuzatilmaydi, ya'ni. shartli ravishda kapillyarlarni diametri 3,0 mm dan kam bo'lgan naychalar deb hisoblash mumkin va shunga mos ravishda nuqsonlar (yoriqlar, teshiklar va boshqalar) 3 mm dan kam bo'lgan teshiklarni ham kapillyar deb hisoblash mumkin.
Amaliyotda kuzatilgan va raqamlardan ko'rinib turibdiki, suyuqlik tekis tekis yuza yoki kapillyar devorlari bilan aloqa qilganda, "suyuqlik - qattiq devor - gaz" interfeysi doimo egilib turadi. Kapillyar naychalarda suyuqlik (aniqrog'i, gaz va suyuqlik chegarasi) radius r egri bilan egilib, meniskus deb ataladigan sirt hosil bo'ladi. Namlashda, ho'llashda, meniskus konkav, nam bo'lmagan taqdirda meniskus konveksdir.

Ushbu misollarda namlash kuchlari suyuqlik va qattiq (kapillyar) ning aloqa chizig'iga qo'llaniladigan kuchlar sifatida ko'rib chiqilishi mumkin. Ular shuningdek, kapillyar ichidagi suyuqlikdan hosil bo'lgan meniskus yuzasida kuchlanish kuchi sifatida ham ko'rib chiqilishi mumkin. Bu sirt cho'zilgan gumbazli plyonka bo'lib, u qisqarishga moyildir. Bu erdan meniskusga ta'sir qiladigan kuchning naychaning kesishgan maydoniga nisbati bo'lgan kapillyar bosim tushunchasi kiritiladi: (Laplas formulasi).

Bir-biridan H masofada joylashgan tekis parallel devorlari bo'lgan yoriqdagi kapillyar bosim shunga o'xshash formula bo'yicha hisoblanadi.

Laplas qonunining formulalari (Pierre-Simon Laplas, 1806) kapillyar bosim Pkning qo'shni fazalar (masalan, kapillyar ichidagi suv va havo) o'rtasidagi interfeysning o'rtacha egriligiga bog'liqligini aniqlaydi.

Kapillyar bosim - bu sirt (interfaol) zo'riqish tufayli paydo bo'lgan kapillyarda joylashgan egri interfeys (suyuqlik - bug 'yoki ikkita suyuqlik) ning har ikki tomonidagi bosim farqi. Kapillyar bosimi, ko'tarilishi bilan birga, ıslanabilen ortishi va kapillyar radiusining pasayishi bilan ortadi. Kichikroq diametrli naychalarda suyuqlik katta diametrli naychalarga qaraganda kattaroq balandlikka ko'tariladi, chunki kapillyar bosim esa katta.

Agar bitta kapillyar ichidagi suyuqlik kichikroq radiusga ega bo'lgan boshqa kapillyar bilan aloqa qilsa, u holda birinchi kapillyar ichidan suyuqlik chiqarilib, ikkinchi kapillyar radiusiga mos keladigan balandlikka tushadi. Ehtimol shunday bo'lishi mumkinki, idishdagi suyuqlik umuman qolmaydi, barchasi ingichka kapillyarlarga tushadi.

Shunga o'xshash jarayonlar gözenekli ishlab chiqaruvchining namoyon bo'lishi paytida sodir bo'ladi. Penetrant kapillyar nuqsondan kapillyar kukunini ishlab chiqaruvchisi tomonidan chiqariladi (ularning qiymati chang zarralari orasidagi masofaga mutanosib). Jarayon tezroq boradi, kukun ishlab chiqaruvchisi bo'shliqlari kichikroq bo'ladi. Boshqa hodisalar bir vaqtning o'zida ro'y beradi (diffuziya, adsorbsiya va boshqalar).

Kristall va amorf jismlar

Qattiq jismlarning suyuqlik va gazlarning asosiy farqi ularning о'z hajmlari va shakllarining saqlay olishdir. Ammo shunday qattiq moddalar ham borki, ulаr qattiq holda bо'lsalar ham ularning xossalari suyuqliklar kabi izatropdir, уа'ni ularning xossalari уо'nalishga bog'liq emas. Shuning uchun qattiq jismlarning о'zlari ham ikki xil bо'ladi: kristall va аmorf jismlar. Shu ikki xil qattiq jismlarning fizik xossalari bir- biridan keskin farq qiladi.

Bur jinsli kristall jismlarning asosiy xossasi ularning anizatropligidir. Bunday jismlarning issiqlikdan kengayishi, issiqlik о'tkazuvchanligi. mexanik mustahkamligi, dielektrik doimiyligi, sindirish ko'rsatkichi va shu kabi boshqa ko'pgina xossalari уо'nalishga bog'liq, уа'ni turli xil уо'nalishlarga turlichadir.

Kristall jismlarga misol qilib, turli xil metallar, osh tuzi, kvars va boshqalarni Agar kristall bir markazdan о'sgan bo'lsa unga monokristall, ko'р markazdan iborat bo’lsa polikristall (masalan, navvot) deyiladi. Polikristallarga turli xil metallar kiradi.

Amorf (grekcha-shaklsiz} moddalarning kristallardan asosiy farqi ularning fizik xossalarining turli уо'nа1ishlarda birday bo'lishidir, Bo’larga misol qilib mum shisha,parafinlarni keltirish mumkin. Ulаr aslida qattiq holdagi suyuqliklardir. Сhunki ulanung molekulyar tuzilishi suyuqliklarning tuzilishiga о'хshash. Shuning uchun qattiq jismlar deganda biz, asosan, kristall jismlarni tushinamiz.

Shunday moddalar ham borki, ular ham kristall, ham amorf xossalarini namoyon qiladi. Masalan shakar, kristall holdadir. U eritilsa tiniq shakarli suv аmorf aylanadi. Vaqt о'tishi bilan shakarli suv ichida yana shakar kristallari paydo bo'la boradi.

Kristallarning anizatrop xossasiga еga bо'lishga sabab ularni tashkil etuvchi zarralarning kristallik panjara davriy ravishda takrorlanuvchan joylashuviga ega еkanligigadir. Ularning zarralari aniq tartibga ko'ra joylashib, muvozanat holat atrofida теbrаnmа harakatdagi fazoviy struktura hosil qiladi