Лекция № 16

СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА.

Критерием различных агрегатных состояний вещества является соотношение величин W_пот. и kT. W_{пот .} это наименьшая потенциальная энергия взаимодействия молекул — определяет работу, которую нужно совершить против сил притяжения для того, чтобы разделить молекулы, находящиеся в равновесии (r = r₀); kT — определяет удвоенную среднюю энергию, приходящуюся на одну степень свободы хаотического теплового движения молекул. Если

W_пот. << kT, (16.1.)

то вещество находится в газообразном состоянии, так как интенсивное тепловое движение молекул препятствует соединению молекул, сблизившихся до расстояния r₀, т.е. вероятность образования агрегатов из молекул достаточно мала. Если

W_пот.> kT, (16.2.)

то вещество находится в твердом состоянии, так как молекулы, притягиваясь друг к другу, не могут удалиться на значительные расстояния и колеблются около положений равновесия, определяемого r₀. Если

W_пот. = kT, (16.3.)

то вещество находится в жидком состоянии, так как в результате теплового движения молекулы перемещаются в пространстве, обмениваясь местами, не расходясь на расстояния, превышающие r₀. Любое вещество, в зависимости от температуры, может находиться в газообразном, жидком или твердом агрегатном состоянии, причем температура перехода из одного состояния в другое зависит от значения W_{пот .} для данного вещества.

СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ.

Превращение любого газа в жидкость (сжижение) возможно лишь при температуре ниже критической. Для сжижения газов чаще применяют метод, в основе которого используется эффект Джоуля-Томсона (машины Линде ). Воздух в компрессоре (К) сжимается до очень большого давления и охлаждается в холодильнике до температуры ниже температуры инверсии, в результате чего при дальнейшем расширении газа наблюдается положительный эффект Джоуля-Томсона (охлаждение газа при его расширении). Затем сжатый воздух проходит по внутренней трубе теплообменника и пропускается через дроссель, при этом он сильно расширяется и охлаждается. Расширившийся воздух вновь засасывается по внешней трубе теплообменника, охлаждая вторую порцию сжатого воздуха, текущего по внутренней трубе. Так как каждая следующая порция воздуха предварительно охлаждается, и пропускается через дроссель, то температура еще понижается. В результате

6 - 8 часового цикла, часть воздуха (5%), охлаждаясь до температуры ниже критической, сжижается, а остальная его часть возвращается в теплообменник.