节流过程中的致冷与致热的分析.pdfVIP

第 24 卷第 3 期 　大 　学 　物 　理 　 Vol . 24 No . 3 2005 年 3 月 COLL E GE 　PH YSICS Mar . 2005 节流过程中的致冷与致热分析 曹万强 ,胡俊丽 ,万 　莲 (湖北大学 物理学与电子技术学院 ,湖北 武汉 　430062) 　　摘要 : 在真实气体物态方程中 ,压强和体积的修正项导致了节流过程的致冷和致热. 通过对范德瓦耳斯方程的分解 ,从理 论上得到了压强的修正项导致气体致冷 ,体积的修正项导致气体致热的结论. 结合节流过程 ,从实验角度进一步分析了致冷 和致热的物理原因. 最后 ,从真实气体分子相互作用势的角度出发 ,探讨了分子间的吸引作用导致气体致冷的机理. 关键词 : 节流过程 ;致冷 ;真实气体 中图分类号 :O 4 14 . 1 　　　文献标识码 :A 　　　文章编号 : 100007 12 (2005) 　　在热力学理论中 ,焦耳 - 汤姆孙效应 占据着极 定真实气体的致冷或致热. 因 C 和 V 均为正 , 故 p 其重要的地位. 焦耳 - 汤姆孙效应表明:真实气体通 T V - 1 决定了 μ的正负. 当 μ为正时 ,气体 [ 1～3 ] V T 过节流过程导致了致冷或致热 ,该现象是真实 p 气体在现实生活中运用的一个典型实例. 然而 ,在现 致冷 ,反之致热. 有的热力学教材中 ,很少对节流过程所涉及的范德 热力学系统的状态必须用两个独立变量确定. 瓦耳斯方程作详细的论述 ,特别是对导致气体致冷 若 p 固定 ,则过程唯一 ,独立变量仅有一个 ,设为温 或致热的机理少有详尽而又细致的分析. 而这种致 度 T ,其他物理量均是 T 的函数. ( ) 冷或致热联系着真实气体分子的相互作用及其微观 将方程 1 两边对 T 求偏导 ,可以得到 : 运动 ,将真实气体的运动过程与节流过程联系在一 a V 起 ,因而分析导致真实气体致冷的物理机制 ,将热力 p - V 2 T p = R 学与统计物理学结合在一起论述节流过程 ,在教学 以及 T V - 1 = 2 a/ V 2 2 0 上无疑具有重要的现实意义. 通过对节流过程的分 V T p p - a/ V ( ) 将方程 2 两边对 T 求偏导 ,可以得到 : 析 ,能够更深刻地领会真实气体相互作用的势能对