Vari ofer IX/qq-I^^Q sX0,v/cxT^. 1 c í 1 Obr.l Obr,2, p, Tb -Vw-. lurtcc^'' iu^cLi^U-- Joiilův - Thomsonůy CJ-T). jev. Koná - II plyn -při adiabatícké expanzi práci, potom se tato práce koná na úkor vnitřní energie plynu. To v případě ideálního plynu znamená, že kinetická energie částic klesá a tedy klesá i teplota plynu. Nekoná - ií plyn při expanzí práci (např. při expanzi do vakua), zůstává teplota konstantní. Jiná možnost expanze plynu beze změny teploty může být následující: izolovaný válec rozdělíme porézní přepážkou na části o objemech Vj a V2 (tlakypj ap?). Nechť je pj > p2. Potom bude plyn pomalu „prosakovat" přepážkou a aby byla velikost tlaku v obou částech stále tatáž, musí se písty Eh a PL pohybovat. Práce, vykonaná pístem 111 jepi.ů V i a je rovna oráči, spotřebované písiem IT2 ipi-ÄVi). Platí tedy pi.AVi= P2.AV2 (T - cos , (10) Jinak tomu ale bude v případě reálného plynu, u kterého vnitřní energie zahrnuje kromě kinetické ještě potenciální energii vzájemného působení molekul. Molekuly konají rychlý chaotický pohyb a lze hovořit o jisté střední potenciální energii vzájemného působení. Střední volná dráha molekul závisí na hustotě (klesá s rostoucí hustotou). Závisí též na teplotě — s rostoucí teplotou klesá střední volná dráha molekul (s rostoucí lepiotou se zvyšuje jejich kinetická energie a při srážkách se molekuly dostanou blíže k sobě a „tráví" tak větší čas v malé vzdáleností od sebe). Docházíme tedy k závěru, že adiabatická expanze reálného plynuje doprovázena změnou jeho teploty. V tomto případě mluvíme o Joule - Thomsonově jevu. Kvalitativní ůbias&ěm J ~ T ievm J - T jev je důsledkem přitažlivých a odpudivých sil mezi molekulami, jimiž se reálný plyn liší od plynu ideálního. Reálné plyny se podobají plynu Van der Waalsovu (VdW), přičemž korekce a charakterizuje přitažlivé díly mezi molekulami a korekce b souvisí s vlastním objemem molekul a charakterizuje tedy síly odpudivé. Předpokládej r * ze u z " - c ' - b a korekci s lze zanedbat. Vzroste-ii pr adice af J z z /-* A 'C e m něrný objem, vzroste . ?t~m -' vzdálenost mez. >.C'*<~ zs - r~ a ~~ . potenciální energie vizj ~ působení mezi .,c enom t.z- z' z " z.—-je děj adiabatický, projet s- 1 c e; potenciální enei gic n.cl^_. m ž: _ ce _ ench kinetická energie (^ax. zámr zachování er- rg.e7 a c - - m_, ~ 1 c t Je —li naopak r^ e' e m_-_z .z -m k 0, potom v plynu převládají přitažlivé síi> » --1- . - . zo ckém zvětšení roste střední vzdálenost mez. mo cmm m -«:s mení hodnota potenciální energie molekul. To sc r\~ a r z * „ .> .1 kinetické energie a plyn se ochladí Vlivy korekcí u a v sc luoumi >'2cyeui.iie kompenzovat. Potom se pří expanzí plynu jeho teplota nemění - tzv. Inverzní teplota. ^£ yte^^CL, QečlcÁ !^>&SlSL. \^Ovg_ (j^fL^l^ kkcX. K^L- ML ■ cU^uv ^clo? ®^ \AAA^\J^ .ejLWLX^V A-Ü,r»_(^ C>2^V^ A>^2_ O^0^^— \V^Aa/-o r\ o^Axv^N) '^-^AJ0x^o 'ucxl^íy T1 Q H d, C, V- 00 ft ( —-v—-—.—-—-----—>---—v.—H--— v A - V- V v\= 0 0 ř (g) ^ 9T i- ^gW(UL^__ lu^vC<^4^ JZu£sJL(JX_ CI ^AAA^£>X^ ^ l^^^ ( ^A-O U^Ajei |C AX-O , TV — f i - A řt> r v o 1« Oto V^iLo ^ ^ ^ vuQaLyv^^ Obr.3. Obr.4. Zkapalňování plynů Nachází - li se plyn pod kritickou teplotou, lze ho zkapalnit pouhým stlačením (viz Obr.l). Avšak kritická teplota některých plynuje velmi nízká, Např. pro He je 5,3 K, pro H2 je 33 K, pro N2 je 126,1 K a pro O2 154,4 K. Avšak technicky jednodušší a prakticky důležitější pro uchovávání zkapalněných plynuje získávat je při atmosférickém tlaku. Proto je nutné zkapalňovat je při teplotě nižší, než je teplota kritická, kdy tlak jejich nasycených par je roven tlaku atmosférickému. Pro uvedené plyny je tato teplota: He (4,4 K), H2 (20,5 K), N2(77,4 K) a O2 (90 K). Dosažení tak nízkých teplot je poměrně složité a používá se k tomu J - T jev i adiabatická expanze. Postup ochlazování plynu pomocí těchto metod je následující: plyn je ízotermicky stlačen na vysoký tlak několika set atmosfér při pokojové teplotě. Potom plyn expanduje bud' pomocí J - T procesu, nebo adiabatieky. V obou případech se plyn ochladí. Takto ochlazený plyn se používá k ochlazení následující dávky plynu, stlačeného na vyšší tlak. Proto následující výchozí dávka stlačeného plynu má nižší teplotu, než v předcházejícím cyklu ochlazování. Proto po expanzi této dávky plynu bude teplota plynu ještě nižší. Využijeme ji k ochlazení další dávky plynu, atd. Nakonec dosáhneme požadované nízké teploty. V reálných zkapaíňovačích ( Obr.4) se obvykle požívá kombinace procesů ochlazování. První ochlazení se provádí pomocí studené vody. Kromě toho je proces ochlazování kvazicyklický, tj. v předcházející fázi ochlazená dávka plynu, ochlazená např. na 200 at, se částečně vrací do stádia stlačení a cestou ochlazuje následující dávku stlačeného plynu, která je potom ochlazena buď v J - T procesu, nebo pomocí adiabatícké expanze. Kombinace těchto dvou. procesů se koná tak, aby byl proces zkapalňování nej efektivnější. Poznámka: 1 at = 9,806 65.104 Pa, nebo méně přesně 0,1 MPa)