ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑ-V ΑΣΚΗΣΗ Α2 - JOULE-THOMSON

Σχετικά έγγραφα
ΚΛΑΣΙΚΗ (ΧΗΜΙΚΗ) ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ

ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑ-ΙΙΙ ΤΑ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΑ ΑΞΙΩΜΑΤ

Φυσικοχημεία 2 Εργαστηριακές Ασκήσεις

ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑ-IV ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΑ ΥΝΑΜΙΚΑ - ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΦΑΣΕΩΝ

ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ-3 ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΑ ΥΝΑΜΙΚΑ - ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΦΑΣΕΩΝ

3 ος ΘΕΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ- ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΔΥΝΑΜΙΚΑ ΘΕΩΡΙΑ

ΚΛΑΣΙΚΗ (ΧΗΜΙΚΗ) ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ

ΜΑΘΗΜΑ - VI ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ Ι (ΚΛΑΣΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ) Α. ΑΣΚΗΣΗ Α3 - Θερµοχωρητικότητα αερίων Προσδιορισµός του Αδιαβατικού συντελεστή γ

ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ-1 ΟΡΙΣΜΟΙ

Ενθαλπία. Ηενθαλπία (Η) συστήµατος ορίζεται ως: Η=U+pV

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Ι

Σχέσεις µεταξύ θερµοδυναµικών παραµέτρων σε κλειστά συστήµατα σταθερής σύστασης

24 ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ JOULE-THOMSON

F 2 ( F / T ) T T. (β) Να δείξετε ότι µετασχηµατισµός Legendre της J(1/T,V) που δίνει το

Προσοµοιώσεις µοριακής δυναµικής

Έργο παραγώμενο στο τοίχωμα

Οι ιδιότητες των αερίων και καταστατικές εξισώσεις. Θεόδωρος Λαζαρίδης Σημειώσεις για τις παραδόσεις του μαθήματος Φυσικοχημεία Ι

ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ - 5 ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΦΑΣΕΩΝ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΩΝ ΑΝΤΙ ΡΑΣΕΩΝ

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 4: Πρώτος Θερμοδυναμικός Νόμος. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΜΑΘΗΜΑ - VIII ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΦΑΣΕΩΝ ΑΣΚΗΣΗ Α1 - Τάση ατµών καθαρού υ

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Φ. ΜΟΙΡΑ ΕΝΤΡΟΠΙΑ ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

Θερμοδυναμική. Ενότητα 6: Εντροπία. Κυρατζής Νικόλαος Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος και Μηχανικών Αντιρρύπανσης ΤΕ

Υπολογισμός & Πρόρρηση. Θερμοδυναμικών Ιδιοτήτων

ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΧΗΜΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ (ΘΧΜ) 1. ΣΚΟΠΟΣ και ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ 2. ΘΕΜΕΛΙΑ

Θερμότητα - διαφάνειες , Σειρά 1

O δεύτερος νόµος της θερµοδυναµικής

ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑ-ΙΙ ΟΡΙΣΜΟΙ

ΑΝΩΤΕΡΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

3. Ν αποδειχθεί ότι σε ιδανικό αέριο : α=1/t και κ Τ =1/Ρ όπου α ο συντελεστής διαστολής και κ T ο ισόθερµος συντελεστής συµπιεστότητας.

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Φ. ΜΟΙΡΑ ΑΕΡΙΟ VAN DER WAALS ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. κινητική + + δυναμική

Υπό Γεωργίου Κολλίντζα

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. κινητική + + δυναμική

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 9: Θερμοδυναμική αερίων. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 6: Εντροπία. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Θερμοδυναμική

5,2 5,1 5,0 4,9 4,8. Συµπιεστοτητα (10-10 Pa -1 ) 4,7. k T 4,6 4,5 4,4. k S 4,3 4,2. Θερµοκρασια ( 0 C)

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Θερμοδυναμική

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Θερμοδυναμική. Μη Αντιστρεπτότητα και ο 2ος Θ.ν. Διδάσκων : Καθηγητής Γ.

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ Α. και d B οι πυκνότητα του αερίου στις καταστάσεις Α και Β αντίστοιχα, τότε

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Θερμοδυναμική. Ενότητα 2: Υπολογισμοί σε διεργασίες ιδανικού αερίου Κυρατζής Νικόλαος Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος και Μηχανικών Αντιρρύπανσης ΤΕ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Θερμοδυναμική. Διαγράμματα Ισορροπίας Φάσεων. Διδάσκων : Καθηγητής Γ. Φλούδας

Φυσική Προσανατολισμού Β Λυκείου Κεφάλαιο 2 ο. Σύντομη Θεωρία

Θερμοδυναμική. Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής

ΘΕΡΜΙΔΟΜΕΤΡΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ. Μονάδες - Τάξεις μεγέθους

2 ος ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ - ΕNTΡΟΠΙΑ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΑΝΤΙΣΤΡΕΠΤΕΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΘΕΩΡΙΑ

Κεφάλαιο 20. Θερμότητα

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ Η ΚΑΤΑΣΤΑΤΙΚΗ ΕΞΙΣΩΣΗ ΤΩΝ ΤΕΛΕΙΩΝ ΑΕΡΙΩΝ

ΚΛΑΣΙΚΗ (ΧΗΜΙΚΗ) ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Φ. ΜΟΙΡΑ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ

Υπεύθυνοι Καθηγητές: Γκαραγκουνούλης Ι., Κοέν Ρ., Κυριτσάκας Β. B ΤΑΞΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΚΕΝΤΡΟ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ & ΧΗΜΕΙΑΣ ΕΔΟΥΑΡΔΟΥ ΛΑΓΑΝΑ Ph.D. Λεωφ. Κηφισίας 56, Αμπελόκηποι, Αθήνα Τηλ.: ,

Στις ερωτήσεις A1 - A4, να γράψετε τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα σε κάθε αριθμό το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Ο δεύτερος νόμος Παραδείγματα αυθόρμητων φαινομένων: Παραδείγματα μη αυθόρμητων φαινομένων: συγκεκριμένο χαρακτηριστικό

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Φ. ΜΟΙΡΑ ΕΝΤΡΟΠΙΑ ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ: ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ / Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: Α ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 04/01/2014

διαιρούμε με το εμβαδό Α 2 του εμβόλου (1)

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Φ. ΜΟΙΡΑ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

2. Ασκήσεις Θερµοδυναµικής

M V n. nm V. M v. M v T P P S V P = = + = σταθερή σε παραγώγιση, τον ορισµό του συντελεστή διαστολής α = 1, κυκλική εναλλαγή 3

* Επειδή μόνο η μεταφορά θερμότητας έχει νόημα, είτε συμβολίζεται με dq, είτε με Q, είναι το ίδιο.

V (β) Αν κατά τη μεταβολή ΓΑ μεταφέρεται θερμότητα 22J από το αέριο στο περιβάλλον, να βρεθεί το έργο W ΓA.

ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ

Εφηρμοσμένη Θερμοδυναμική

Μεταβολή Q, W, ΔU Παρατηρήσεις (3) ) Q = nrt ln V 1. W = Q = nrt ln U = 0 (5). Q = nc V T (8) W = 0 (9) U = nc V T (10)

V P P. [3] (α) Να δειχθεί ότι για ένα υδροστατικό σύστημα ισχύει: P V

Δύναμη F F=m*a kgm/s 2. N = W / t 1 J / s = 1 Watt ( W ) 1 HP ~ 76 kp*m / s ~ 746 W. 1 PS ~ 75 kp*m / s ~ 736 W. 1 τεχνική ατμόσφαιρα 1 at

Μεταβολή Q, W, ΔU Παρατηρήσεις (3) ) Q = nrt ln V 1. W = Q = nrt ln U = 0 (5). Q = nc V T (8) W = 0 (9) U = nc V T (10)

Θερμοδυναμική. Ενότητα 3: Ασκήσεις στη Θερμοδυναμική. Κυρατζής Νικόλαος Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος και Μηχανικών Αντιρρύπανσης ΤΕ

Ο πρώτος νόμος της Θερμοδυναμικής. Θεόδωρος Λαζαρίδης Σημειώσεις για τις παραδόσεις του μαθήματος Φυσικοχημεία Ι

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

β) Ένα αέριο μπορεί να απορροφά θερμότητα και να μην αυξάνεται η γ) Η εσωτερική ενέργεια ενός αερίου είναι ανάλογη της απόλυτης

Α Θερμοδυναμικός Νόμος

Προσανατολισμού Θερμοδυναμική

2.60 ακαριαία. σιγά σιγά

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Φ. ΜΟΙΡΑ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 8: Θερμοχωρητικότητα Χημικό δυναμικό και ισορροπία. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

12 η Διάλεξη Θερμοδυναμική

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ

Φυσική Κατεύθυνσης Β Λυκείου.

ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΑΕΡΙΩΝ ΘΕΩΡΙΑ

Παππάς Χρήστος. Επίκουρος καθηγητής

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Θερμοδυναμική

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΜΕ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΙΣ Μ.Ε.Κ. Μ.Ε.Κ. Ι (Θ)

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ / B ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: Α ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ Μ.-ΑΓΙΑΝΝΙΩΤΑΚΗ ΑΝ.-ΠΟΥΛΗ Κ.


Θεωρητική Εξέταση. Τρίτη, 15 Ιουλίου /3

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ. Διάρκεια εξέτασης: 7.200sec (& κάθε ένα μετράει ) ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ:

εύτερος Θερμοδυναμικός Νόμος Εντροπία ιαθέσιμη ενέργεια Εξέργεια

ΕΝΤΡΟΠΙΑ-2ος ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ-ΚΥΚΛΟΣ CARNOT

ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΑΕΡΙΑ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΥΤΕΡΟ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ

Οργάνωση και Αλληλεπιδράσεις σε Μοριακό Επίπεδο

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ Β. συντελεστής απόδοσης δίνεται από τη σχέση e = 1

ΑΝΩΤΕΡΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ

(α) u(2, -1), (β) u(1/x, x/y).

Transcript:

ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑ-V ΑΣΚΗΣΗ Α2 - JOULE-THOMSON Τµήµα Χηµείας, Πανεπιστήµιο Κρήτης, και Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής οµής και Λέιζερ, Ιδρυµα Τεχνολογίας και Ερευνας, Ηράκλειο, Κρήτη http://tccc.iesl.forth.gr/education/local.html ΗΡΑΚΛΕΙΟ - ΚΡΗΤΗ 2016

Το πείραµα των James Joule - William Thomson (Lord Kelvin) (1850) Σκοπός της άσκησης είναι η κατανόηση 1 Πως ορίζεται ένα ιδανικό αέριο; 2 Πόσο Ιδανικό είναι ένα Πραγµατικό Αέριο; 3 Πως αποδεικνύεται ότι υπάρχουν µόρια; Το ϕαινόµενο Joule-Thomson απασχόλησε την επιστηµονική κοινότητα για έναν περίπου αιώνα και οδήγησε στη ϑεµελίωση του πρώτου νόµου της Θερµοδυναµικής όπως διδάσκεται σήµερα. Στην προσπάθεια αυτή αποδείχθηκε η ύπαρξη της απόλυτης κλίµακας ϑερµοκρασίας, επεξηγήθηκε το τι σηµαίνει ιδανική συµπεριφορά των αερίων και το πως υγροποιούνται τα αέρια. [1] J. S. Rowlinson, "James Joule, William Thomson and the concept of a perfect gas", Notes Rec. R. Soc. (2010) 64, pp. 43-57, doi: 10.1098/rsnr.2009.0038 [2] David W. McClure, "The Joule-Thomson Coefficient - A molecular interpretation", American Journal of Physics, (1971) 39, 288; doi: 10.1119/1.1986124

Μια προσέγγιση της εργασίας και της αναφοράς 1 Βιβλιογραφία και ιστορική επισκόπηση του ϕαινοµένου 2 Ανάπτυξη της ϑεωρίας στην οποία ϐασίζεται το ϕαινόµενο 3 Περιγραφή του πειράµατος και σύνδεση µε τη ϑεωρία 4 Συζήτηση : Πως απαντάµε στα αρχικά ερωτήµατα που τέθηκαν 5 Εχετε να προτείνετε κάποια ϐελτίωση του πειράµατος; Νέα πειράµατα µε άλλα αέρια; Άλλες παρατηρήσεις; ώστε έµφαση σε µία από τις παραπάνω ενότητες και προσπαθείστε η αναφορά σας να διαφέρει από προηγούµενες αναφορές!

Τι πρέπει να γνωρίζω - 1 ΠΕΙΡΑΜΑ Joule-Thomson 1 Καταστάσεις Θερµοδυναµικής Ισορροπίας 2 Σύστηµα Μονωµένο - Κλειστό - Ανοικτό 3 Εκτατικές Μεταβλητές, V, S, N i, U, H, A, G 4 Εντατικές Μεταβλητές, P, T, µ i, ρ i, γραµµοµοριακές ποσότητες X m 5 Συζυγείς Μεταβλητές, (V, P), (S, T), (N i, µ i), (X, X m) 6 Το Θεώρηµα Euler για οµογενείς συναρτήσεις πρώτης (Εκτατικές Μεταβλητές ) και µηδενικής (Εντατικές Μεταβλητές) τάξης 7 Αντιστρεπτές και Μη-αντιστρεπτές µεταβολές 8 Εντροπία και Εσωτερική Ενέργεια 9 Η Θεµελιώδης Εξίσωση της Θερµοδυναµικής για την Εσωτερική Ενέργεια (Εντροπία) 10 Πίεση - Θερµοκρασία - Χηµικό υναµικό

Τι πρέπει να γνωρίζω - 2 ΠΕΙΡΑΜΑ Joule-Thomson 1 Ο Πρώτος Νόµος της Θερµοδυναµικής 2 Εσωτερική Ενέργεια - Εργο - Θερµότητα 3 ιαβατικές και Αδιαβατικές Μεταβολές 4 Ισό-ϑερµη, Ισό-χωρη, Ισο-ϐαρής, Ισο-εντροπική µεταβολή 5 Απειροστές και Πεπερασµένες Μεταβολές 6 Μετασχηµατισµοί Μεταβλητών 7 Ενθαλπία - Πίεση - PV έργο 8 Πείραµα Joule - Thomson 9 Ισο-ενεργειακή Μεταβολή - Συντελεστής Joule 10 Ισο-ενθαλπική µεταβολή, Συντελεστής Joule - Thomson

Το ϕαινόµενο Joule-Thomson Συντελεστής Joule-Thomson ( ) T µ JT = P H (1) Σχήµα: Συσκευή Joule-Thomson, διατηρεί µια συνεχή ϱοή του αερίου και µετράει διαφορές πιέσεως και ϑερµοκρασίας στα δύο τµήµατα της συσκευής.

Ισο-ενθαλπικές Καµπύλες και Θερµοκρασίες Αναστροφής Συντελεστής Joule-Thomson ( ) T µ JT = P H (2) Σχήµα: Το ϕαινόµενο Joule-Thomson είναι µια ισο-ενθαλπική διαδικασία µε ενθαλπίες H 1, H 2,.... Ο συντελεστής Joule-Thomson όταν είναι ϑετικός ( µ JT > 0) το αέριο ψύχεται, ενώ για µ JT < 0 το αέριο ϑερµαίνεται. Η κόκκινη καµπύλη δείχνει τις ϑερµοκρασίες αναστροφής (µ JT = 0). T T max µ JT < 0 µ JT > 0 H 6 H 5 T min H 1 P H 4 H 3 H 2

Επεξήγηση του ϕαινοµένου Joule-Thomson Σχήµα: Μια απλή περιγραφή του ϕαινοµένου Joule-Thomson και απόδειξη της διατήρησης της ενθαλπίας. P 1, V 1, T 1, U 1 P 2, V 2, T 2, U 2 ΑΠΟ ΕΙΞΗ Θεωρούµε το όλο σύστηµα ϑερµικά µονωµένο (q = 0) και τις πιέσεις (P 1, P 2) σταθερές. Εποµένως, η µεταβολή στην εσωτερική ενέργεια του αερίου κατά τη µεταβίβασή του από το πρώτο τµήµα της συσκευής στο δεύτερο µέσω του πορώδους διαφράγµατος είναι U = U 2 U 1 = w = P 2(V 2 0) P 1(0 V 1) = P 1V 1 P 2V 2 (3) U 2 + P 2V 2 = U 1 + P 1V 1 (4) H 2 = H 1 (5)

Υπολογισµός του Συντελεστή Joule-Thomson (ΜΕΘΟ ΟΣ - 1). Μετασχηµατισµός µεταβλητών µε τη µέθοδο των Ιακωβιανών ( ες ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ε ). Ο συντελεστής Joule-Thomson ορίζεται ως ( ) T µ JT = P H (6) ( ) T P H = = (T, H) (P, H) (T, H)/ (P, T) (P, H)/ (P, T) (7) (8) = ( H/ P) T (9) ( H/ T) P = 1 ( ) ] V [T V (10) C P T P = 1 C P [V (αt 1)] (11)

Συντελεστής Joule-Thomson (ΜΕΘΟ ΟΣ - 2) Ο συντελεστής Joule-Thomson ορίζεται ( ) T µ JT = (12) P H ( ) ( ) ( ) T H P = 1 (13) P H T P H T ( ) [( ) ( ) ] T H H = / (14) P H P T T P ( ) [( ) ] T H = /C P (15) P H P T Από το ολικό διαφορικό dh = TdS + VdP παίρνουµε την εξίσωση ( ) ( ) H S = T + V (16) P T P T και από το dg = SdT + VdP την εξίσωση Maxwell ( ) ( ) S V = = αv (17) P T Άρα T ( ) T µ JT = = 1 ( ) ] V [T V = 1 [V (αt 1)] (18) P H C P T P C P P

Μεταβολή της εντροπίας κατά τη διεργασία Joule-Thomson Η µεταβολή στην εντροπία υπολογίζεται ως εξής ( ) ( ) ( ) S H P = 1 (19) P H S P H S ( ) S = ( H/ P)S = V P H ( H/ S) P T < 0 (20) Οι µερικές παράγωγοι υπολογίζονται από το ολικό διαφορικό της Ενθαλπίας dh = TdS + VdP (21)

Υπολογισµός του Συντελεστή Joule. Αρχικά ο Joule έκανε το πείραµα για µια ισο-ενεργειακή διαδικασία και όρισε το συντελεστή Joule ως ( ) T η J = V U = 1 [ ( ) ] P P T C V T V (22) Αποδείξτε την παραπάνω σχέση χρησιµοποιώντας τα ολικά διαφορικά du = TdS PdV (23) και da = SdT PdV (24)

Καταστατική Εξίσωση Ιδανικού Αερίου ΙΑΜΟΡΙΑΚΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ Ο 2ος ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ VIRIAL Για ιδανικά αέρια ο συντελεστής Joule-Thomson είναι µηδέν. PV = RT (25) µ JT = 0 (26)

Καταστατική Εξίσωση Van der Waals ΙΑΜΟΡΙΑΚΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ Ο 2ος ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ VIRIAL PV = RT a V + bp + ab V 2 (27) Εάν αγνοήσουµε τον τελευταίο όρο, ο συντελεστής Joule-Thomson προσεγγίζεται ως µ JT = 1 [( ) ] 2a b C P RT (28)

Καταστατική Εξίσωση Virial ΠΕΙΡΑΜΑ Joule-Thomson ΙΑΜΟΡΙΑΚΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ Ο 2ος ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ VIRIAL PV = RT + B(T)P + C(T)P 2 + D(T)P 3 +... (29) Ο συντελεστής Joule-Thomson προσεγγίζεται ως µ JT = 1 ( ) ] [ db {[T B + T C P dt ( dc dt ) ] [ C P + T ( dd dt ) ] } D P 2 +... (30)

ΙΑΜΟΡΙΑΚΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ Ο 2ος ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ VIRIAL Εξίσωση Maxwell - Boltzmann για τον συντελεστή Virial Ο συντελεστής Joule-Thomson για πολύ χαµηλές πιέσεις προσεγγίζεται ως lim P 0 µjt = µ0 JT = 1 C 0 P [ T ( db dt ) ] B (31) Η σύνδεση του 2ου συντελεστή Virial µε τις διαµοριακές αλληλεπιδράσεις (U(r)) γίνεται µέσω στατιστικής µηχανικής ( B = 2π r [1 2 exp U(r) )] dr (32) 0 k BT David W. McClure, "The Joule-Thomson Coefficient - A molecular interpretation", American Journal of Physics, (1971) 39, 288; doi: 10.1119/1.1986124

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΕΙΡΑΜΑ Joule-Thomson ΙΑΜΟΡΙΑΚΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ Ο 2ος ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ VIRIAL 1 Να αποδείξετε την εξίσωση (22) για τον συντελεστή Joule. 2 Αποδείξτε τη σχέση [( ) ] P 2 ( ) P C P C V = T / (33) T V V T [( ) ] P 2 = κ T TV (34) T V = TV α 2 /κ T (35) 3 Αποδείξτε την Εξίσωση (20) και περιγράψτε τη συµπεριφορά της εντροπίας όταν µεταβάλλεται η πίεση. 4 Θεωρώντας ως µοριακό δυναµικό αλληλεπίδρασης το δυναµικό Van der Waals εξηγείστε την αναστροφή στο συντελεστή Joule-Thomson µε µοριακούς όρους.