ьш холодний газ. Через деякий час післяпочатку роботи машини поступове охолодження газу холодними зустрічними потокамипризведе до того, що газ при черговому дроселюванні почне частковозріджуватиметься і накопичуватися в приймачі f, звідки він може бути злитий через кранV2 в посудину для зберігання зріджених газів (посудина Дьюара).
При сталимпроцесі роботи машини в різних її місцях спостерігаються приблизно такітемператури: біля входу в змійовик ab температура 293 К (кімнатна); на виході зцього змійовика 170 К; після дроселювання 80 К, біля входу в змійовик cd 80 К; навиході з нього - кімнатна температура. Тиск перед вентилем 200 атм, післядроселювання 1 атм.
Пристрій, що включаєобидва змійовика ab і cd, у якому відбувається охолодження газу зустрічним потокомохолодженого газу, називається теплообмінником. У машині Лінде теплообмінникздійснюється у вигляді вставлених одна в іншу трубок, яким разомнадавалася форма змійовика. Газ високого тиску надходить по внутрішній трубці.Зустрічний потік охолодженого газу низького тиску проходить по зовнішній трубці,омиваючи внутрішню і охолоджуючи, таким чином, газ у ній.
Другий метод зрідженнягазів називається методом Клода, він заснований на методі адиабатного розширення вдетандерах. Розглянемо його принципова відмінність від методу Лінде.
При дроселюванні газуохолодження досягається за рахунок внутрішньої роботи, що здійснюється газом проти силпритягання між молекулами. Як відомо, охолодження газу відбувається і в томувипадку, коли він адіабатно розширюється, здійснюючи зовнішню роботу. Газ,розширюючись і здійснюючи при цьому роботу, зменшує свою внутрішню енергію, азначить, і температуру. Це в рівній мірі відноситься і до ідеального, і дореальному газам. Причиною охолодження газу при вчиненні нею зовнішньої роботиє зменшення швидкостей молекул при їх ударах об віддаляється від нихпоршень, якому вони передають частину своєї кінетичної енергії. Охолодження приадіабатні розширенні із вчиненням зовнішньої роботи має бути більшеефективним, ніж при дроселюванні, так як адіабатне розширення - процесоборотний, в той час як ефект Джоуля - Томсона - процес незворотний. А, яквідомо, оборотність процесів в машині забезпечує великий коефіцієнткорисної дії. Частина, в якій відбувається розширення газу, називаєтьсядетандером.
Вперше така машина длязріджування газів (рис.2) була побудована Клодом в 1902 році для скраплення повітря.
зріджений газметод Лінде
Рис.2. Схема машини Клода
Розглянемо принципдії цієї машини. Газ піддається ізотермічному стисненню в компресорі K,звідки він надходить у теплообмінник E1. Тут він розділяється на два потоки (вточці O). Перший йде через теплообмінник E2 до дросельного вентиля іпіддається дроселювання з охолодженням за рахунок ефекту Джоуля - Томсона;другий потік (на його частку припадає 80% газу) надходить у детандер,розширюється в ньому, здійснюючи роботу, і за цей рахунок охолоджується. З детандераохолоджений газ повертається в теплообмінник E1, охолоджуючи зустрічну чергову порцію стисненого газу. До нього вточці Oґ приєднується і той газ, який охолодився в результатідроселювання. До цього він, проходячи через теплообмінник E2, теж охолоджувавзустрічний газовий потік. Таким чином, з опису методу Клода видно, щоохолодження в детандере використовується для попереднього охолодження переддроселюванням.
У першій машині Клодадетандер являв собою поршневу машину. Роботу, яку в ній скоюєстиснений газ, можна використовувати для полегшення роботи компресора, дляпримусової мастила машини і т. д.
Умови, характерні длямашини Клода (ожіжающей повітря), приблизно такі: тиск на виході зкомпресора 40 атм, температура на вході в детандер (після охолодження в теплообмінникуE1) 200 К; температура після розширення в детандере 110 С при тиску в 1 атм.
У порівнянні з методомадіабатичного охолодження метод, заснований на ефекті Джоуля - Томсона,володіє більшою простотою. У ньому не виникає проблеми змащення, оскількивикористовувана апаратура не містить ніяких рухомих частин, що працюють принизьких температурах. Однак за цю простоту доводитися платити величезноювтратою ефективності охолодження і необхідністю працювати при високихтисках з використанням великих кількостей газу. Охолодження, яке можнаотримати адіабатичним розширенням, зазвичай багато більше того, що дає ефектДжоуля - Томсона. Але при цьому зустрічаються істотні труднощі, пов'язані зімастилом рухомих вузлів: при низьких температурах масло замерзає. Наприклад,Клод застосовував прокладки з сухої знежиреної шкіри. Роль мастила грав самповітря, що просочується в невеликій кількості між ущільненням поршня істінками циліндра [3].
3. Використаннязріджених газів
Зріджування газів має технічнеі наукове значення. Зріджування повітря використовується в техніці для розділенняповітря на складові частини. Метод заснований на тому, що різні гази, зяких складається повітря, киплять при різних температурах. Найбільш низькітемператури кипіння мають гелій, неон, азот, аргон. У кисню температуракипіння трохи вище, ніж у аргону. Тому спочатку випаровується гелій, неон,азот, а потім аргон, кисень.
Скраплені гази знаходятьшироке застосування в техніці. Азот йде для одержання аміаку та азотних солей,уживаних у сільському господарстві для добрива грунту. Аргон, неон та іншіінертні гази використовуються для наповнення електричних ламп розжарювання, атакож газосвітних ламп. Найбільше застосування має кисень. У суміші зацетиленом або воднем він дає полум'я дуже високої температури, вживанедля різання і зварювання металів. Вдування кисню (кисневе дуття) прискорюєметалургійні процеси. Доставляється з аптек в подушках кисень дієяк знеболююче. Особливо важливим є застосування рідкого кисню вЯк окислювач для двигунів космічних ракет.
Рідкий воденьвикористовується як паливо в космічних ракетах. Наприклад, для заправкиамериканської ракети В«Сатурн - 5В» потрібно 90т рідкого водню.
Рідкий аміак знайшов широкезастосування в холодильниках - величезних складах, де зберігаються швидкопсувніпродукти. Охолодження, що виникає при випаровуванні зріджених газів, використовують врефрижераторах при перевезенні швидкопсувних продуктів.
Гази, що застосовуються впромисловості, медицині і т. п., легше перевозити, коли вони знаходяться вскрапленому стані, так як при цьому в тому ж обсязі полягає більшукількість речовини.
Висновки
У виконану роботу ярозглянула природу явища і властивості зріджених газів, а також 2 основнихметоду, за допомогою яких зріджують гази. Порівнявши обидва методи, я з'ясувала, щонайбільш простий і безпечний метод Лінде, але метод Клода є ефективнішим,тобто має високий коефіцієнт корисної дії, хоч і виникає проблемаз мастилом рухомих вузлів. Далі були розглянуті області застосуваннязріджених газів. Зріджені гази застосовуються не тільки в техніці, медицині ісільському господарстві, але і в науці. За допомогою зріджених газів досліджуютьсявластивості інших речовин при температурі близькій до абсолютного нуля, колируху молекул в речовині мінімальні.
Список використовуваноїлітератури
1. Мякишев Г.Я., Синців О.З. Фізика.Молекулярна фізика. Термодинаміка. 10 кл. М.: Дрофа 2007. 349с.
2. Кікоїн А.К., Кікоїн І.К.Молекулярна фізика. М.: Наука 1976. 480 з.
3. Сивухин Д.І. Загальний курс фізики.Термодинаміка і молекулярна фізика. М.: Наука 1979. 552 з.
