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Berechnung der isenthalpen Drosselung von Kohlendioxid nach JOULE-THOMSON

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Willkommen zum Kursus "Physikalische Chemie"; mein Name
ist Dr. Lauth. Heute sprechen wir über den JOULE-THOMSON-
Effekt: Wenn ein Gas "gedrosselt"
wird führt das in der
Regel zu einer Temperaturänderung
des Gases. Dieser Effekt
lässt sich nur bei nicht-idealen
Gasen messen und ist
relativ klein. Ein Gas, welches
im Ausgangszustand (1) unter einem hohen Druck p(1)
steht, strömt durch eine Düse
und wird auf einen niedrigeren
Druck p(2) gedrosselt.
Bei diesem Prozess ändert
sich in der Regel die
Temperatur. Der Druck wird beim Drosseln geringer; die
Temperaturen sinkt entweder
ab oder steigt. In welche
Richtung sich die Temperatur
ändert, hängt von der sog.
Inversionstemperatur des Gases ab. Das Ausmaß der
Temperaturänderung wird durch den
JOULE-THOMSON-Koeffizient µ(JT)
beschrieben, den man aus den VAN-DER-WAALSschen Konstanten
a und b abschätzen kann. Der
JOULE-THOMSON-Koeffizient
quantifiziert die Temperaturänderung
bei Druckänderung. Die meisten Gase kühlen sich
bei Drosselung ab, da die
Inversionstemperatur der meisten
Gase oberhalb Raumtemperatur
liegen. Kohlendioxid ist beispielsweise so ein Gas, welches sich bei Drosselung abkühlt. In der Übungsaufgabe
wird gefragt, wie stark
Kohlendioxid gedrosselt werden muss, damit es sich
auf 250 Kelvin abkühlt,
wenn es sich anfangs bei Raumtemperatur befindet. Wir
rechnen zunächst den
JOULE-THOMSON-Koeffizienten aus
(Abschätzung für ein
VAN-DER-WAALSsches Gas) nach der
Gleichung (2a/RT - b) durch C(p,m) a und b sind die
VAN-DER-WAALSschen Konstanten.
Diese sind für viele Gase tabelliert. a ist ein Maß
für die Wechselwirkungen
zwischen den Gasteilchen; b
ist ein Maß für die Größe der Teilchen. R ist die Gaskonstante;
T ist die Temperatur in Kelvin und C(p,m) ist die
molare Wärmekapazität bei
konstantem Druck. Der
JOULE-THOMSON-Koeffizient ändert
sich mit der Temperatur. Da wir unterschiedliche
Anfangstemperatur und Endtemperatur
haben, erleichtern wir
uns die Rechnung, indem wir
eine mittlere Temperatur in die
Gleichung einsetzen. Wir
berechnen also einen mittleren
JOULE-THOMSON-Koeffizient bei
einer Temperatur von 275
Kelvin. Wir setzen die Konstanten
a und b in SI-Einheiten
in die Gleichung ein; auch
für die temperaturabhängige
Molwärme von Kohlendioxid wählen wir einen mittleren
Wert von 37,4 J/(mol*K). Der
JOULE-THOMSON-Koeffizient errechnet sich zu dem relativ
kleinen Wert von +8*10^(-6) Kelvin pro Pascal. Was bedeutet dieser Wert? Das positive Vorzeichen des Koeffizienten bedeutet, dass das
Gas sich abkühlt bei Drosselung.
µ(J-T) ist positiv,
wenn eine Druckerniedrigung
(delta p<0) zu einer
Temperaturerniedrigung (delta T<0) führt.
Der Zahlenwert 10
hoch minus 6 Pascal pro Kelvin
zeigt, dass nur eine sehr kleine Temperaturänderung
für eine Drosselung um ein
Pascal erhalten. 1 Pascal ist
ein sehr kleiner Druck; wir
rechnen µ(JT) auf die übliche
Druckeinheit bar um und
erhalten µ(JT)=0,8 Kelvin pro bar. Bei Drosselung von
Kohlendioxid von 2 bar auf 1 bar, kühlt sich das Gas um
0,8 Kelvin ab. Für eine
Temperatursenkung von 50 Kelvin
Physikalische Chemie
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Metadaten

Formale Metadaten

Titel Berechnung der isenthalpen Drosselung von Kohlendioxid nach JOULE-THOMSON
Untertitel Übungsaufgabe 6
Serientitel Einführung in die Thermodynamik
Teil Ü 06
Autor Lauth, Günter Jakob
Mitwirkende Lauth, Anika (Medientechnik)
Lizenz CC-Namensnennung - keine kommerzielle Nutzung 3.0 Deutschland:
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DOI 10.5446/15692
Herausgeber Lauth, Günter Jakob
Erscheinungsjahr 2013
Sprache Deutsch
Produktionsjahr 2013
Produktionsort Jülich

Technische Metadaten

Dauer 05:00

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Physik
Schlagwörter Physikalische Chemie
Thermodynamik

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