对气体节流过程的研究

杨洪涛　冀文慧　呼和满都拉　李彩红

(1.集宁师范学院物理系,内蒙古乌兰察布　012000;2.集宁一中物理组,内蒙古乌兰察布　012000)

对气体节流过程的研究

杨洪涛1冀文慧1呼和满都拉1李彩红2

(1.集宁师范学院物理系,内蒙古乌兰察布012000;2.集宁一中物理组,内蒙古乌兰察布012000)

本文首先阐述了气体节流过程的含义;其次推导了气体节流过程中焦汤系数与物态方程和热容量的关系,详细分析了焦汤效应;最后总结全文。

气体节流过程焦汤系数焦汤效应

气体的节流过程是获得低温的常用方法，熟悉该效应与某些偏导数之间的关系对于使气体降温而液化有着非常重要的意义。本文就是对气体的节流过程做了详细的分析和推导。

1　气体节流过程定义

设想管子用不导热的材料包着，管子中间有一个多空塞或节流阀。多空塞两边各维持着较高的压强p1和较低的压强p2。于是气体从高压的一边经过多空塞不断地流到低压的一边，并达到定常状态。这就是气体的节流过程。测量多空塞发现在过程发生的前后气体温度有所改变。这效应简称焦—汤效应。若节流后气体温度降低，为正效应;若节流后气体温度升高，为负效应[1]。

2　焦汤效应

现在用热力学理论对节流过程进行分析。假设多空塞中有一定气体经过。经过多空塞前，其压强为P1，体积为V1，内能为U1;经过多空塞后，压强为P2，体积为V2，内能为U2。在过程中外界对部分气体所作的功是

=p1V1-p2V2

根据热力学第一定律U=W+Q，且因为过程是绝热的，有

即H1=H2(节流过程为等焓过程)

上式表明，在整个气体节流过程中，焓值是相等的，为

(2)式表示气体温度随压强的变化率在焓不变的情况下，称为焦汤系数[1]。

下面推导焦汤系数。取T、p为状态参量，状态函数焓可表示为H=H(T，p)。偏导数间应存在下述关系:

由上式得

将焓随压强的变化率在温度保持不变的情况下与物态方程的公式和定压热容量公式

代入(3)式中，得

已知气体态势即可求出α再加上气体所处的初态，即可求得焦汤效应情况。

由上式得

带入(6)中，得

由上式得

对V求微分

············

由上式得

将(8)代入体胀系数

可得

将(9)代入(5)

3　结语

本文详细推导了气体节流过程中焦汤系数与物态方程和热容量的关系，并且根据昂尼斯方程详细分析了焦汤效应，弥补了教材的不足，使同学们能更好的理解掌握这部分知识。

[1]汪志诚.热力学与统计物理[M].第四版.北京:高等教育出版社, 2003.

[2]梁希侠.统计物理学[M].北京:科学出版社,2008.

[3]王竹溪.统计物理学导论[M].第二版.北京:高等教育出版社,1965.

内蒙古自治区高等学校科学研究项目(项目编号:NJZY12248)

杨洪涛(1980—),女,蒙古族,内蒙古通辽市人,集宁师范学院物理系讲师,硕士研究生,研究方向:低维结构材料中激子的性质。