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利用焦汤效应液化气体法获得低温

时间:2011-04-22  作者:秩名
。科技论文,林德循环。

因为,所以焦汤系数的正负取决于等式前面的正负号。科技论文,林德循环。易知,对于波色气体,;对于费米气体,

式后的论述进行对比,上述结果是可以理解的。对于波色气体,统计关联使得气体分子之间具有等效的吸引作用,因此焦汤系数大于;对于费米气体,统计关联使得气体分子之间具有等效的排斥作用,焦汤系数小于。其反转温度的存在,也是理想量子偏移经典理想气体的结果。

2)严格意义上来说,实际中节流过程并不是等焓过程。这是由于过程中的任一中间状态均不是平衡态,因此在状态图上不能以一个点表示,其焓不能用来表示,其状态变化并不沿着等焓线变化。

3低温的获得

图3 林德循环示意图

利用焦耳——汤姆孙效应,使气体工作在制冷区,进行节流过程,从而达到降温的目的。节流过程是一等焓过程,因此该方法称为等焓节流。焦汤系数的典型大小是,可以令节流过程重复经行,并通过逆流热交换机预冷后来进入的气体,积累各次节流膨胀的冷却效应。林德循环,便是基于这一原理设计的。图3为林德循环示意图。它利用等焓节流使空气冷却至附近。

达到液体沸点后,可以使液化气体迅速蒸发或者低压沸腾,在此过程中,已经液化的气体将大量吸热,从而进一步降温。然而气体的饱和蒸汽压随温度降低而迅速减小,因此节流膨胀制冷存在极限,其极限在左右。目前使用抽气的方法所能达到的最低温度是,这是通过对氦的同位素液化后抽气降温达到的。

4总结

前文讨论了利用节流过程液化气体获得低温的原理,介绍了利用焦汤效应获得低温的主要方法。进一步获得低温,可以通过液绝热膨胀等方法继续液化气体。液化气体获得低温的方法,其下限温度在左右。要获得更低的温度,可以采用绝热去磁制冷和激光制冷的方法,可以获得级的低温。


参考文献
[1]杨先清,刘凤芝弱简并理想气体节流过程的讨论徐州师范大学学报2001年12月;
[2]潘玉灼,陈丽璇理想玻色气体的焦汤系数低温物理学报2003年2月;
[3]汪志诚热力学·统计物理高等教育出版社2008年12月。
 

 

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