Inversion temperature

Inversion temperature

The inversion temperature in thermodynamics and cryogenics is the critical temperature below which a non-ideal gas (all gases in reality) that is expanded at constant enthalpy will experience a temperature decrease, and above which will experience a temperature increase. This temperature change is known as the Joule-Thomson effect, and is exploited in the liquefaction of gases.

Theory

The Joule-Thomson effect cannot be described in the theory of ideal gases, in which interactions between particles are ignored. Instead, one must use a theory that accounts for the Van der Waals force between interacting particles that becomes much stronger as a gas becomes a liquid.

For a van der Waals gas we can calculate the enthalpy "H" using statistical mechanics as

H = frac{5}{2} N k_B T + frac{N^2}{V} (b k_B T - 2a),

where N is the number of molecules, V is volume, T is temperature (in the Kelvin scale), k_B is Boltzmann's constant, and a and b are constants depending on intermolecular forces and molecular volume, respectively.

From this equation, we note that if we keep enthalpy constant and increase volume, temperature must change depending on the sign of b k_B T - 2a. Therefore, our inversion temperature is given where the sign flips at zero, or

k_B T_ extrm{inv} = 2a / b = frac{27}{4} k_B T_c ,

where T_c is the critical temperature of the substance. So for T > T_ extrm{inv}, an expansion at constant enthalpy increases temperature as the work done by the repulsive interactions of the gas is dominant, and so the change in energy is negative. But for T < T_ extrm{inv}, expansion causes temperature to decrease because the work of attractive intermolecular forces dominates, giving a positive change in energy. [cite book|author=Charles Kittel and Herbert Kroemer|title=Thermal Physics|edition=2nd Edition|publisher=W.H. Freeman|year=1980|id=ISBN 0-7167-1088-9]

ee also

* critical point
* phase transition

References

External links

* [http://stp.clarku.edu/notes/chap2.pdf Thermodynamic Concepts and Processes (Chapter 2)] (part of the Statistical and Thermal Physics (STP) Curriculum Development Project at Clark University)


Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Поможем написать реферат

Look at other dictionaries:

  • inversion temperature — inversijos temperatūra statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Temperatūra, kurioje Džaulio ir Tomsono efektas keičia ženklą. atitikmenys: angl. inversion temperature vok. Inversionstemperatur, f rus. температура инверсии, f… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • inversion temperature — apgrąžos temperatūra statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. inversion temperature vok. Inversionstemperatur, f rus. температура инверсии, f pranc. température d’inversion, f …   Fizikos terminų žodynas

  • inversion temperature — inversijos temperatūra statusas T sritis Energetika apibrėžtis Temperatūra, kuriai esant Džaulio ir Tomsono efektas keičia ženklą. atitikmenys: angl. inversion temperature vok. Inversionstemperatur, f rus. температура инверсии, f pranc.… …   Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

  • inversion temperature — inversijos temperatūra statusas T sritis chemija apibrėžtis Temperatūra, kurioje Džaulio ir Tomsono efektas keičia ženklą. atitikmenys: angl. inversion temperature rus. температура инверсии …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • inversion temperature gradient — stabilusis temperatūros gradientas statusas T sritis apsauga nuo naikinimo priemonių apibrėžtis Pastovioji atmosferos žemutinių sluoksnių būsena, kai jie yra šaltesni už viršutinius; oro vertikaliojo stabilumo laipsnis. Stabilusis temperatūros… …   Apsaugos nuo naikinimo priemonių enciklopedinis žodynas

  • inversion — /in verr zheuhn, sheuhn/, n. 1. an act or instance of inverting. 2. the state of being inverted. 3. anything that is inverted. 4. Rhet. reversal of the usual or natural order of words; anastrophe. 5. Gram. any change from a basic word order or… …   Universalium

  • température d’inversion — inversijos temperatūra statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Temperatūra, kurioje Džaulio ir Tomsono efektas keičia ženklą. atitikmenys: angl. inversion temperature vok. Inversionstemperatur, f rus. температура инверсии, f… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • température d’inversion — apgrąžos temperatūra statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. inversion temperature vok. Inversionstemperatur, f rus. температура инверсии, f pranc. température d’inversion, f …   Fizikos terminų žodynas

  • température d’inversion — inversijos temperatūra statusas T sritis Energetika apibrėžtis Temperatūra, kuriai esant Džaulio ir Tomsono efektas keičia ženklą. atitikmenys: angl. inversion temperature vok. Inversionstemperatur, f rus. температура инверсии, f pranc.… …   Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

  • inversion — [ ɛ̃vɛrsjɔ̃ ] n. f. • 1529; lat. inversio, de invertere « retourner » I ♦ A ♦ Sens spéciaux 1 ♦ Déplacement (d un mot ou d un groupe de mots) par rapport à l ordre normal ou habituel de la construction. Inversion du sujet dans l interrogation (ex …   Encyclopédie Universelle

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”