Температура инверсии

Температура инверсии в термодинамике и криогенике - это критическая температура, ниже которой неидеальный газ (в действительности все газы), расширяющийся с постоянной энтальпией, будет испытывать снижение температуры, а выше которого будет происходить повышение температуры. Это изменение температуры известно как эффект Джоуля-Томсона и используется при сжижении газов . Температура инверсии зависит от природы газа.

Для газа Ван-дер-Ваальса мы можем рассчитать энтальпию, используя статистическую механику, как${\ displaystyle H}$

${\ displaystyle H = {\ frac {5} {2}} Nk _ {\ mathrm {B}} T + {\ frac {N ^ {2}} {V}} (bk _ {\ mathrm {B}} T-2a )}$

где - количество молекул, - объем, - температура (в шкале Кельвина ), - постоянная Больцмана , и - константы, зависящие от межмолекулярных сил и объема молекулы соответственно.${\ displaystyle N}$${\ displaystyle V}$${\ displaystyle T}$${\ Displaystyle к _ {\ mathrm {B}}}$${\ displaystyle a}$${\ displaystyle b}$

Из этого уравнения отметим, что если мы сохраняем энтальпию постоянной и увеличиваем объем, температура должна изменяться в зависимости от знака . Следовательно, наша температура инверсии дается там, где знак переворачивается на ноль, или${\ displaystyle bk _ {\ mathrm {B}} T-2a}$

${\ displaystyle T _ {\ text {inv}} = {\ frac {2a} {bk _ {\ mathrm {B}}}} = {\ frac {27} {4}} T _ {\ mathrm {c}}}$,

где - критическая температура вещества. Таким образом , расширение при постоянной энтальпии увеличивает температуру, поскольку работа, совершаемая отталкивающими взаимодействиями газа, является доминирующей, и поэтому изменение энергии является отрицательным. Но расширение вызывает снижение температуры, потому что преобладает работа притягивающих межмолекулярных сил, давая положительное изменение энергии. ^[1]${\ Displaystyle Т _ {\ mathrm {c}}}$${\ displaystyle T> T _ {\ text {inv}}}$${\displaystyle T<T_{\text{inv}}}$

См. Также [ править ]

• Критическая точка (термодинамика)
• Фаза перехода

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Термодинамические концепции и процессы (глава 2) (часть проекта разработки учебной программы по статистической и теплофизике (STP) в Университете Кларка )