Как вы объясните тот факт, что при свободном расширении воздуха в откачанную камеру из атмосферы постоянного давления его температура повышается?

Я наткнулся на эту бумагу:

Бейкер, Б. (1999). Простая в исполнении, но часто нелогичная демонстрация расширения газа. Американский журнал физики, 67(8), 712-713. http://scitation.aip.org/content/aapt/journal/ajp/67/8/10.1119/1.19357

И я не совсем понял объяснение. Я не вижу, чем это отличается от эксперимента по свободному джоулеву расширению без изменения температуры.

По существу автор статьи говорит о том, что атмосфера совершает работу над газом и увеличивает его внутреннюю энергию. Это причина повышения температуры. Однако не приведет ли эта логика также к повышению температуры при свободном джоулевом расширении?

Любое понимание будет высоко оценено.

Ответы (1)

Существует огромная разница с обычным экспериментом Джоуля. Здесь система не изолирована во время расширения газа в откачиваемую камеру. Две вещи вступают в конкуренцию в принципе, когда рассматривается установка, подобная рассмотренной в упомянутой вами статье:

  • Должен ли газ работать, чтобы расширяться в большей камере
  • Есть ли что-то извне, что помогает газу расширяться?

Наличие вакуумированной камеры связано с пунктом 1 и говорит нам, что газу не нужно работать (и, следовательно, терять энергию), чтобы расширяться в камере, чтобы получить дополнительное пространство. Тот факт, что вся система соединена с поршнем, находящимся в контакте с атмосферным давлением, говорит нам о том, что система а) не изолирована и б) что атмосферное давление «поможет» газу, расширяющемуся в камере.

Теперь, предполагая расширение, которое является квазистатическим, давление на поршень должно быть уравновешено каждый раз в течение процесса расширения. По сути, поршень будет работать немного каждый раз, когда происходит падение давления на стороне газа (из-за утечки в камеру), чтобы снова сбалансировать давление. Если процесс адиабатический, работа, производимая атмосферой, некуда деваться и остается в газе в виде увеличения температуры/кинетической энергии.

Большое спасибо за ваше объяснение. Думаю, теперь я намного лучше понимаю ситуацию. Однако я все еще немного смущен. В демонстрации на самом деле нет поршня. Это аналогия, которая используется для объяснения того, почему газ нагревается. На самом деле все, что происходит, это открытие небольшого клапана, и воздух может вернуться в камеру. Думаю, теперь мне интересно, почему логика поршня не может быть использована в эксперименте по расширению без джоуля: ( en.wikipedia.org/wiki/Joule_expansion ). Не будет ли давление в левой части действовать как поршень и «помогать газу расширяться» в правую сторону?
На рис.1 статьи изображен поршень. Он моделируется при выводе путем наложения значения давления в контейнере. Ведь при достижении равновесия плотность должна быть одинаковой в обоих отсеках, а значит, и давление. Теперь значение давления налагается слева от атмосферного давления, вот и все. Обратите внимание, что нагрев происходит из атмосферы, которая работает, газ ничего не делает. В первоначальном джоулевом эксперименте давление не навязывалось, поскольку система была полностью изолирована.
Спасибо! В документе свободное расширение в джоулях описывается как перетекание газа из одного контейнера постоянного объема в другой контейнер постоянного объема. Таким образом, контейнер, который изначально содержал газ, теряет тепловую энергию при расширении, потому что он должен был действовать как поршень и совершать работу с газом, а чистое нулевое изменение температуры происходит только потому, что две стороны находились в тепловом равновесии. Однако это противоречит моему учебнику по теплофизике «Введение в теплофизику» Даниэля Шредера, в котором свободное расширение описывается как не имеющее работы, потому что газу не на что толкать. Хм...
Нет, в задаче о джоулевом расширении газ (в целом) вообще не работает над расширением в другом контейнере, и, следовательно, изменение его энергии равно нулю. В случае, когда вы указываете, работает не газ в коробке, а атмосфера вне системы через поршень. Это связано с тем, что в этом случае система {коробка+газ} не полностью изолирована от внешнего мира, и, следовательно, нет никаких причин для того, чтобы энергия оставалась неизменной.
Как вы объясните тот факт, что при свободном расширении воздуха в откачанную камеру из атмосферы постоянного давления его температура повышается?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v