Температура инверсии - Inversion temperature

В температура инверсии в термодинамика и криогеника критическая температура, ниже которой неидеальный газ (на самом деле все газы), расширяющийся с постоянной энтальпией, будет испытывать снижение температуры, а выше которого произойдет повышение температуры. Это изменение температуры известно как Эффект Джоуля-Томсона, и эксплуатируется в сжижение газов. Температура инверсии зависит от природы газа.

Для газ Ван дер Ваальса мы можем рассчитать энтальпия ${\displaystyle H}$ с помощью статистическая механика в качестве

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

куда ${\displaystyle N}$ количество молекул, ${\displaystyle V}$ объем, ${\displaystyle T}$ это температура (в Шкала Кельвина ), ${\displaystyle k_{\mathrm {B} }}$ является Постоянная Больцмана, и ${\displaystyle a}$ и ${\displaystyle b}$ - константы, зависящие от межмолекулярных сил и молекулярного объема соответственно.

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

${\displaystyle T_{\text{inv}}={\frac {2a}{bk_{\mathrm {B} }}}={\frac {27}{4}}T_{\mathrm {c} }}$,

куда ${\displaystyle T_{\mathrm {c} }}$ это критическая температура вещества. Таким образом, для ${\displaystyle T>T_{\text{inv}}}$, расширение при постоянной энтальпии увеличивает температуру, поскольку работай за счет отталкивающих взаимодействий газа является доминирующим, поэтому изменение энергия отрицательный. Но для ${\displaystyle T<T_{\text{inv}}}$, расширение вызывает снижение температуры, потому что преобладает работа притягивающих межмолекулярных сил, давая положительное изменение энергии.^[1]

Смотрите также

• Критическая точка
• Фаза перехода

Рекомендации

1. Чарльз Киттель и Герберт Кремер (1980). Теплофизика (2-е изд.). W.H. Фримен. ISBN  0-7167-1088-9.

внешняя ссылка

• Термодинамические концепции и процессы (глава 2) (часть проекта по разработке учебных программ по статистической и теплофизике (STP) на Университет Кларка )