對氣體節流過程的研究

楊洪濤　冀文慧　呼和滿都拉　李彩紅

(1.集寧師范學院物理系,內蒙古烏蘭察布　012000;2.集寧一中物理組,內蒙古烏蘭察布　012000)

對氣體節流過程的研究

楊洪濤1冀文慧1呼和滿都拉1李彩紅2

(1.集寧師范學院物理系,內蒙古烏蘭察布012000;2.集寧一中物理組,內蒙古烏蘭察布012000)

本文首先闡述了氣體節流過程的含義;其次推導了氣體節流過程中焦湯系數與物態方程和熱容量的關系,詳細分析了焦湯效應;最后總結全文。

氣體節流過程焦湯系數焦湯效應

氣體的節流過程是獲得低溫的常用方法，熟悉該效應與某些偏導數之間的關系對于使氣體降溫而液化有著非常重要的意義。本文就是對氣體的節流過程做了詳細的分析和推導。

1　氣體節流過程定義

設想管子用不導熱的材料包著，管子中間有一個多空塞或節流閥。多空塞兩邊各維持著較高的壓強p1和較低的壓強p2。于是氣體從高壓的一邊經過多空塞不斷地流到低壓的一邊，并達到定常狀態。這就是氣體的節流過程。測量多空塞發現在過程發生的前后氣體溫度有所改變。這效應簡稱焦—湯效應。若節流后氣體溫度降低，為正效應;若節流后氣體溫度升高，為負效應[1]。

2　焦湯效應

現在用熱力學理論對節流過程進行分析。假設多空塞中有一定氣體經過。經過多空塞前，其壓強為P1，體積為V1，內能為U1;經過多空塞后，壓強為P2，體積為V2，內能為U2。在過程中外界對部分氣體所作的功是

=p1V1-p2V2

根據熱力學第一定律U=W+Q，且因為過程是絕熱的，有

即H1=H2(節流過程為等焓過程)

上式表明，在整個氣體節流過程中，焓值是相等的，為

(2)式表示氣體溫度隨壓強的變化率在焓不變的情況下，稱為焦湯系數[1]。

下面推導焦湯系數。取T、p為狀態參量，狀態函數焓可表示為H=H(T，p)。偏導數間應存在下述關系:

由上式得

將焓隨壓強的變化率在溫度保持不變的情況下與物態方程的公式和定壓熱容量公式

代入(3)式中，得

已知氣體態勢即可求出α再加上氣體所處的初態，即可求得焦湯效應情況。

由上式得

帶入(6)中，得

由上式得

對V求微分

············

由上式得

將(8)代入體脹系數

可得

將(9)代入(5)

3　結語

本文詳細推導了氣體節流過程中焦湯系數與物態方程和熱容量的關系，并且根據昂尼斯方程詳細分析了焦湯效應，彌補了教材的不足，使同學們能更好的理解掌握這部分知識。

[1]汪志誠.熱力學與統計物理[M].第四版.北京:高等教育出版社, 2003.

[2]梁希俠.統計物理學[M].北京:科學出版社,2008.

[3]王竹溪.統計物理學導論[M].第二版.北京:高等教育出版社,1965.

內蒙古自治區高等學?？茖W研究項目(項目編號:NJZY12248)

楊洪濤(1980—),女,蒙古族,內蒙古通遼市人,集寧師范學院物理系講師,碩士研究生,研究方向:低維結構材料中激子的性質。