24734 IMG$09

8. Prawo Joule’n-Thonisonn. Doświadczenia dokonane przez Jouln'a i Thomsona wykazały, że energia wewnętrzna gazu zależy tylko od jego temperatury. Zależność ta ujęta została prawem Joule’ci—Thomsona.

Jedno ? doświadczeń, na którym zostało oparte powyższe prawo, było wykonane następująco: w dobrze otulonym i zabezpieczonym od wymiany ciepła z otoczeniem kalorymetrze (rys. 1), w którym panuje stała tem-peratura t, zanurzone są dwa naczynia. Jedno z tych naczyń A wypełnione

Rys. 1-Doświadczenie Gay-Lussaca i Joule’a-Thomsona

jest gazem o większym ciśnieniu P„, a w drugim B panuje ciśnienie mniejsze P_b. Po zupełnym wyrównaniu się temperatur w całym układzie otwarto kurek C, wyrównując.ciśnienie w obu zbiornikach; wskutek tego w obu naczyniach panuje ciśnienie P„ przy czym P_a> P_s> P_b. Po ustaleniu się nowego stanu równowagi cieplnej zauważono, że w obu zbiornikach ustaliła się temperatura t, tj. taka sama jak przed wyrównaniem się ciśnień.

Ponieważ w tym przypadku ciepła z zewnątrz nie doprowadzono i pracy na zewnątrz układu nie wykonano.więc energia wewnętrzna ani temperatura nie uległa zmianie, czyli U\ Ut, mimo że ciśnienie i objętość gazu zmieniły się, a tylko temperatura pozostała bez zmian.

Stąd wysnuto twierdzenie, że energia wewnętrzna gazu zależy tylko od jego temperatury, czyli

zwane twierdzeniem JouWa-Thomona.

Wartości energii wewnętrznej właściwej przy różnych temperaturach podawane są dla różnych gazów W tablicach, a przy ich braku oblicza się ją i równania.

u ^ c_yt

Częściej interesuje nas jednak przyrost energii wewnętrznej, a nie jej wartość bezwzględna i wówczas oblicza się ją z zależności

B    01,2]

lub w odniesieniu do 1 kg czynnika

Au = c^Tj-T,)

9. Entalpia. Rozpatrzmy tłok o ciężarze G/, spoczywający dokładnie na dnie cylindra zaopatrzonego w zawór Z. Przekrój poprzeczny cylindra ■wynosi F.

Załóżmy, że przestrzeń pomiędzy zaworem Z a dnem cylindra jest nieskończenie mała. Jeśli do cylindra wtłoczymy przez zawór pewną ilość gazu, to tłok podniesie się na wysokość h, a wtłoczony gaz zajmie objętość V = Fh. Gaz znajdować się będzie pod ciśnieniem p, równym sumie ciśnienia atmosferycznego i ciśnienia pochodzącego od ciężaru tłoka.

Rys. 2-Proces przetłaczania gazu

Praca umieszczenia gazu? w cylindrze, tzw. praca przetłaczania wyniesie

L_p = (G_t+_PuF)h =(-f^L+Pi.) Fh = pFh = pV

Sumę energii wewnętrznej U gazu i pracy przetłaczania pV nazywa się entalpią i oznacza symbolem I. Zatem entalpia wyniesie

X =.U+pV. "    [11,4]

lub w odniesieniu do 1 kg czynnika (entalpia właściwa)

i = u+pw    |1|

W praktyce interesuje nas częściej przyrost entalpii, a nie jej wartość bezwzględna, co, jak zostanie dalej wykazane, doje się najprościej wyznaczyć z zależności:

A i = c,(r_a -T_t)    Mg]

Jednostką entalpii właściwej w układzie technicznym jest kcal/kg, w układzie SI — J/kg lub kj/kg.

10. Równanie stanu gazów. Prawo Boyle’a-MarioUe'a mówi, że w stałej temperaturze objętość właściwa v gazu zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do ciśnienia P

Vi j_ Pt

1 pi

19