10.1: Вступ
- Page ID
- 76520
Рівняння 8.4.3, TV γ −1 = постійна, говорить нам, як обчислити падіння температури, якщо газ розширюється адіабатично і оборотно; він розширюється проти зовнішнього тиску (наприклад, поршня), і, штовхаючи поршень назад, молекули роблять зовнішню роботу і втрачають кінетичну енергію. Що ж станеться, якщо газ розширюється у вакуум? Припустимо, що газ утримується всередині балона не металевим поршнем, а тонкою мембраною, а мембрана розривається, так що молекули викидаються в порожній простір. Це, очевидно, незворотне розширення; малоймовірно, що всі молекули коли-небудь знайдуть свій шлях назад до циліндра. Молекули не роблять зовнішньої роботи. Якщо газ є ідеальним газом, міжмолекулярних сил немає, тому газ не робить внутрішньої роботи. Немає нічого, щоб уповільнити молекули в їх стрімголовому втечі з циліндра. Температура залишиться незмінною при розширенні. З іншого боку, якщо газ не є ідеальним газом, між молекулами будуть притягуючі сили ван дер Ваальса, тому молекули трохи сповільняться, коли газ розширюється і відбудеться невелике падіння температури. Але ми також нагадаємо, з моделі ван дер Ваальса, що на близьких міжмолекулярних відстанях сили між молекулами переважно відштовхують кулонові сили, тому також можливо, що якщо газ починається дуже щільним і він розширюється необоротно, як ми вже описали, він може спочатку стати трохи тепліше, як відштовхуючі кулонові сили розсовують молекули і прискорюють їх на своєму шляху.
Експерименти Джоуля і Джоуля-Томсона стосуються цих сценаріїв.