„Highview Power Storage“, Anglijos plėtros įmonė įvairios sistemos energijos saugykla savivaldybių subjektams, neseniai gavo aštuoniolika milijonų JAV dolerių finansavimą skysto oro kaupimo savybių tyrimams.

Sąvoka „skystas oras“ turėtų būti suprantama kaip atmosferos oras, atvėsintas iki jo suskystinimo temperatūros. Suskystintas oras, kai šildomas ir keičiasi agregacijos būsena, pasižymi galimybe ženkliai padidinti užimamą kiekį, todėl jis yra potencialiai perspektyvi medžiaga energijos kaupimui.

Pagrindinė dažniausiai pasitaikančių šaltinių problema Alternatyvi energija yra jų nenuoseklumas, tai yra jų generavimas per savavališką laikotarpį elektros energija dinamiškai keičiasi plačiame diapazone, taip pat gali visai nebūti. Esant dabartiniam technologijų išsivystymo lygiui, daugelis mokslininkų mato efektyvus sprendimas problemos rezervuojant perteklinį energijos kiekį didelės gamybos laikotarpiu, siekiant padengti prastovų metu atsirandančias spragas. Tradicinės sistemos Elektros energijos kaupimas apima baterijų blokų naudojimą, tačiau „Highview Power Storage“ sukūrė alternatyvų metodą – kaupti elektros energiją suskystinto oro pavidalu, kuri vėliau gali būti laikoma vakuume bet kokio tūrio rezervuaruose pagal poreikį.

Bendrovės atstovų teigimu, siūloma koncepcija yra ir efektyvi, ir paprasta, ir nebrangi. Per laikotarpį padidėjęs efektyvumas elektrinės, perteklinis pagamintos elektros energijos kiekis išleidžiamas atmosferos oro siurbimui iš aplinką, po to jis išvalomas iš vandens garų ir anglies dioksido. Po valymo oro mišinys atšaldomas iki minus šimto devyniasdešimties laipsnių Celsijaus temperatūros, todėl agregacijos būsena pakeičiama į skystą. Jei reikia, skystį galima pašildyti šiltas oras, dėl ko įvyks reikšmingas išsiplėtimas, sukuriantis perteklinį slėgį, kuris savo ruožtu suks turbiną, kuri generuoja elektros energiją. Remiantis oficialia informacija, šio energijos kaupimo būdo efektyvumas yra apie penkiasdešimt–šešiasdešimt procentų. Taigi beveik pusė jėgainėje pagaminamos energijos bus išleista tik jos saugojimui. Tokį rodiklį vargu ar galima pavadinti kažkuo išskirtiniu, nes šiuolaikinių baterijų energijos kaupimo efektyvumas siekia devyniasdešimt procentų. Tačiau suskystinto oro naudojimas energijos kaupimui turi didelių privalumų. Visų pirma, gauta energija gali būti saugoma ilgą laiką be nuostolių, o tradicinė įkraunamos baterijos turi ribotą gyvenimo trukmę ir ilgalaikis saugojimas juose energija siejama su dideliais nuostoliais. Taip pat verta paminėti, kad toks elektros energijos kaupimas nekelia papildomo pavojaus aplinkai, o cheminių baterijų masyvų saugojimas yra susijęs su tam tikra rizika.

Teisybės dėlei reikia pasakyti, kad „Highview Power Storage“ toli gražu nėra vienintelė bendrovė, vadovaujanti moksliniams tyrimams energijos kaupimo naudojant suskystintą orą srityje. Panašius darbus atlieka „LightSail“ specialistai iš Berklio, Naujojo Hampšyro kompanijos „SustainX“ ir kt. Be to, inžinerijos milžinė „Ricardo“ vykdo didelio masto plėtrą, kurios pagrindinis tikslas yra naudoti suskystintomis dujomis kaip kuras automobiliams.(odnaknopka)

Vakuuminis. skystas oras

Laboratorijose vakuumas („tuštuma“), kuriame molekulių susidūrimai tarpusavyje jau yra gana reti, atitinka apie 0,13 Pa slėgį. Net naudojant pažangiausius metodus moderni technologija neįmanoma pasiekti tokio vakuumo, kuriame kubiniame dujų centimetre liktų mažiau nei 1000 dalelių.

Litro oro masė normaliomis sąlygomis (1,293 g) ir jos vidurkis molinė masė oras yra lygus 22,4 1,293 \u003d 29 g / mol.

Pakankamai aušinant oras tampa skystas. Skystas oras gana ilgą laiką gali būti laikomas induose su dvigubomis sienelėmis, iš tarp kurių išpumpuojamas oras, kad sumažėtų šilumos perdavimas. Panašūs indai naudojami, pavyzdžiui, termosuose.

Laisvai išgaruoja prie normaliomis sąlygomis skysto oro temperatūra yra apie -190 °C. Jo sudėtis yra nestabili, nes azotas išgaruoja greičiau nei deguonis. Pašalinus azotą, skysto oro spalva pasikeičia iš melsvos į šviesiai mėlyną (skysto deguonies spalvą).

Sunkiai suskystintos dujos išmoko suskystėti pasinaudodamos savo savybėmis atvėsti plėtimosi metu, pakartotinai suspaudus dujas ir išleidžiant į didelį indą, jos atvės, o kai jų temperatūra pasieks kritinę – pradės skystėti.

Suskystinto oro gavimo technologija yra gana paprasta. Pirma, dujų mišinys išvalomas nuo dulkių, vandens dalelių, taip pat nuo anglies dvideginis. Yra dar vienas svarbus komponentas, be kurio nebus įmanoma pagaminti skysto oro – slėgis. Kompresoriaus pagalba oras suspaudžiamas iki 200-250 atmosferų, aušinant jį vandeniu. Toliau oras eina per pirmąjį šilumokaitį, po kurio jis padalinamas į du srautus, iš kurių didesnis patenka į plėtiklį. Šis terminas reiškia stūmoklinę mašiną, kuri veikia plečiant dujas. Ji transformuojasi potencinė energijaį mechaninį, o dujos atvėsta, nes veikia.

1938 metais P. L. Kapitsa sukūrė skysto oro gavimo būdą esant žemam slėgiui – tik 5-6 atm. Pagrindinis šio metodo bruožas yra stūmoklinių kompresorių ir plėtimo mechanizmų pakeitimas turbininiais.

Taikymas

Pats skystas oras niekur nenaudojamas, tai tarpinis produktas gaunant grynas dujas. Sudedamųjų dalių atskyrimo principas pagrįstas virimo skirtumu sudedamosios dalys mišiniai: deguonis verda -183°, o azotas -196° temperatūroje. Skysto oro temperatūra yra žemesnė nei du šimtai laipsnių, o jį kaitinant galima atskirti. Kai skystas oras pradeda lėtai garuoti, pirmiausia išgaruoja azotas, o jau išgaravus pagrindinei jo daliai deguonis užverda -183 ° temperatūroje. Faktas yra tai, kad kol azotas lieka mišinyje, jis negali toliau kaisti, net jei naudojamas papildomas šildymas, tačiau kai tik išgaruos didžioji dalis azoto, mišinys greitai pasieks kitos mišinio dalies virimo temperatūrą. mišinys, tai yra deguonis. -

Suspaustas oras laikomi plieniniuose balionuose, skirtuose 150 atm slėgiui. Pagal galiojančias technines sąlygas šie balionai turi būti juodos spalvos su baltu užrašu: „Suslėgtas oras“.

Cheminės reakcijos skysto oro temperatūroje paprastai labai sulėtėja. Tačiau dėl didelės jame esančios deguonies koncentracijos (koncentracija – medžiagos kiekis tūrio arba masės vienete) su skystu oru susimaišiusios degiosios medžiagos dega daug smarkiau nei įprastomis sąlygomis. Pavyzdžiui, skystu oru suvilgyta vata žaibiškai dega kaip bedūmiai milteliai.

3 pratarmė

PIRMA DALIS
Dujų suskystinimas

I SKYRIUS Pirmieji žingsniai 7
Skysčių garų slėgis – sotieji ir nesotieji garai 8
Įvairių skysčių garų slėgio pokyčiai priklausomai nuo pastarųjų savybių ir jų temperatūros 10
Garavimo šiluma 11
Šalčio būtinybė egzistuoti suskystintomis dujomis esant atmosferos slėgiui 12
Slėgio įtaka virimo temperatūrai 13
Slėgio mažinimas 13
Šaldymo mašinos, pastatytas garavimo principu 13
Slėgio padidėjimas 15
Galimybė naudoti slėgį, o ne aušinimą gaminant kai kurias suskystintas dujas 16
transformacija sočiųjų garųį skystį, veikiant slėgiui, viršijančiam jo elastingumą 18
Garavimo ir suskystėjimo reiškinių grįžtamumas 20
Suskystinimo šiluma 21
Nesotieji garai, veikiami slėgio, prieš paleidžiant susispaudžia kaip dujos ir pereina į sočiųjų garų būseną 22
Nukrypimas nesočiųjų garų iš Mariotte dėsnio, kai jie artėja prie prisotinimo 23
Suskystinimas paprastu aušinimu 25
Suskystinimas paprastas spaudimas 27
Faradėjaus eksperimentai 28
Tilorie 30 aparatas
Kai kurios kietojo anglies dioksido savybės 32
Suskystinimas ir pagalba vienu metu suspaudžiant ir atvėsinant 33
Tolesni Faradėjaus eksperimentai 33

II SKYRIUS Kritinis punktas 35
Nauji gedimai ir jų priežastys 35
Cañar de la Tour darbai ir Faradėjaus nuomonė 37
Andrewso eksperimentai 38
Piko taškas ir jį lemiančios sąlygos 42
Dujų klasifikavimas pagal jų suskystinimą 43
Andrews klasifikacija 45

III SKYRIUS Nuolatinių dujų suskystinimas 45
Eksperimentai Calhete 45
Patirkite Pictet 50
Olševskio ir Vroblevskio eksperimentai 54
Eksperimentai Kamerling-Onnes 56

ANTRA DALIS
Pramoninis oro suskystinimas

IV SKYRIUS Siemens plėtra ir šilumokaitis Nuo Siemens iki
Linde 58
Kelių ciklų metodo nepakankamumas 58
Kodėl plėtra sukelia šaltį? 59
Du pagrindiniai būdai išplėsti 60
Šilumokaičių poreikis 61
Apie nesėkmingus bandymus 63
Džaulio ir Tomsono eksperimentas 64
Gamsono metodas ir aparatas 67
Šilumokaitis skirtas ne tik padidinti aušinimą 69
Procesas ir aparatai Linde 71
Šiek tiek apie mano darbo istoriją 74
Dviejų išplėtimo metodų palyginimas 79
Išplėtimas išoriniais darbais 82
Išplėtimas pagal paprastą galiojimo laiką 83

V SKYRIUS Dujinės būsenos netobulumas Van der Waalso darbai 86
Atitinkamos valstybės 94
Oro suspaudimas ties žemos temperatūros ai 100
Witkowskio darbų 100

VI SKYRIUS Išplėtimas paprastu galiojimo laiku 104
Naudingumo skaičiavimas 104
Netobulų dujų išsiplėtimas paprastu ištekėjimu 107
Temperatūros kritimas plėtimosi metu sukuria įsivaizduojamą ir perdėtą vėsinimo efekto idėją 117
„Linde“ atlikti patobulinimai prailginimo metodui su vidinis darbas 117
Plėtimo aušinimo efekto apskaičiavimas pagal Linde metodą 121

VII SKYRIUS Išplėtimas naudojant išorinius darbus 121
Automatinis tepimas Naftos eteris 125
Pirmieji išgyvenimai 129
Pirmieji pasisekimai 131
Plėtimo su skystinimu mašinoje trūkumai 132
Suskystinimas esant slėgiui 135
Praktinis pritaikymas 139
Keletas žodžių apie plėtimosi energijos panaudojimą 142
Pratęsimo pabaigos tobulinimas Dvigubas prailginimas 143
Daugkartinis išplėtimas 147
Kitas būdas 148
Vienkartinis arba dvigubas plėtimasis skystinant deguonį esant slėgiui 149
Išplėtimo išoriniu darbu ribinio naudingumo apskaičiavimas 151
Energijos kiekis grąžintas 157
Skystuvo tiekimas deguonimi 157
Kiti raštai plėtimosi išoriniais darbais 157 srityje

TREČIA DALIS
Skysto oro laikymas ir savybės

VIII SKYRIUS Skysto oro laikymas 160
Sunki užduotis 160
Pirmoji priemonė sulėtinti garavimą 165
D'Arsonval metodas Laivai su dvigubomis sienomis ir beorės erdvės tarp jų 166
Dewaro patobulinimas Laivai su dvigubomis sidabruotomis sienelėmis ir beoriu tarpu tarp jų 170
Perpylimo aparatas Atsargumo priemonės, reikalingos dirbant su skystu oru 172
Laivų d'Arsonval ir Dewar tinkamumo laipsnis 175
Žemos temperatūros naudojimas tobulam vakuumui sukurti 177
Neįmanoma laikyti skysto oro uždaruose induose 178
IX SKYRIUS Skysto oro fizinės savybės ir panaudojimas 179
179 spalva
Deguonies ir azoto mišinių virimo temperatūros keitimas priklausomai nuo jų sudėties 180
Virimo temperatūros keitimas arba suskystinimas slėgiu 182
Skysto oro, skysto deguonies ir skysto azoto tankiai 184
Skysto oro garavimo šiluma: naudokite kaip aušinimo skystį 185
Skysto oro šiluminė talpa 187
Išskirtiniai reiškiniai, kuriuos sukelia sferoidinė būsena 187
Skysto oro nekenksmingumas mikrobams 190
Magnetinės savybės skystas oras 191
Kai kurios skysto oro aušinimo Bunsen degiklio pusę liepsnos pasekmės 192
kietėjimas įvairūs kūnai skystame ore 193
Odos anomalija 195
Metalų sukibimo keitimas 195
Užšaldantys skysčiai: gyvsidabris, alkoholis ir kt. 197
Naftos eteris „D'Arsonval“ skysto oro termometrų eksperimentai 198
Naujų dujų gavimas iš atmosferos V Ramsay darbai Helio 200 suskystinimas
Užšalimo dujos Pramoninė gamyba vandenilis 202
Oro užšalimas 202
Atmosferos oro suskystinimas 204
Akmens anglių savybės esant skysto oro temperatūrai. Aukšto vakuumo pramoninė gamyba 205
Galimos atšaldytos anglies savybių panaudojimo galimybės. Kaitinamųjų lempų gamyba Metaliniai skysto oro konteineriai 209
Skysto deguonies gamyba prie krioklių 210
Anglies sugeriamųjų savybių taikymas neoninių vamzdžių gamyboje 212
Įvairių dujų absorbcija anglimi Vandenilio anomalija 213
Aušintos anglies naudojimas inertinių dujų atskyrimui 215
Kūnų šiluminė talpa žemoje temperatūroje 216
Elektrinė varža metalai žemoje temperatūroje 216
Kammerling-Onnes darbai Vienas laipsnis nuo absoliutaus nulio 217
Magnetinės metalų savybės žemoje temperatūroje 219
Spalvos pokyčiai Fosforescencija 219
J. Becquerel, P. Lebo ir kitų eksperimentai 220
Skysto oro naudojimas montuojant metalinius žiedus ir pan. 220
Skysto oro naudojimas kaip varomoji jėga 221
Cheminio giminingumo sumažinimas žemoje temperatūroje 223
X SKYRIUS Skystojo deguonies savybės ir panaudojimas 224
Degimas skystame deguonyje 225
Sprogingumas 227
Sprogmenys su skystu deguonimi 228
Dabartinė skysto deguonies, kaip sprogmens, naudojimo klausimo padėtis 233
Kiti skysto deguonies pritaikymai 235
Gelbėjimo automobiliai Skysto deguonies taikymas medicinoje 235
Respiratoriai aviatoriams 239
Žemoje temperatūroje deguonies pavertimas ozonu 240

KETVIRTA DALIS
Oro padalijimas į jo sudedamąsias dalis

XI SKYRIUS Bendrosios pastabos Įvairūs būdai 241
Šios problemos reikšmė 241
Oro atskyrimui į elementus reikia energijos 242
Įvairūs būdai deguoniui gauti iš oro 246

XII SKYRIUS Kai kurios skysto oro išgarinimo ypatybės
Parkinsono idėja 247
Skysto oro išgarinimo ypatybės 248
Bailey eksperimentai 251

XIII SKYRIUS Peršalimas 253
Vienu metu vykstantis garinimas ir suskystinimas 254
Būtinybė suspausti suskystintą orą 258
Papildomo šalčio poreikis 259
Skysto oro lygio indikatoriai 261
XIV SKYRIUS Įvairūs nuoseklaus garinimo būdai 263
Pirmasis Lindės aparatas (1895) 263
Gamson aparatas (1896) 265
Aparatinė trupė 266
Pikteto metodas (1899) 267

XV SKYRIUS Ore esantis deguonis pirmasis suskystina 268

XVI SKYRIUS Kai kurie aspektai, susiję su dujų mišinių skystinimu 272
Dujų mišinių suskystinimas pastovioje temperatūroje 274
Duhemo grafinis metodas ir jo taikymas atitinkamiems balams nustatyti 281

XVII SKYRIUS Pirminio atmosferos deguonies suskystinimo taikymas 284
Preliminarus refliuksas (1902) 291
XVIII SKYRIUS Ištaisymas 297
Linde aparatas (1902) 298
Levy ir Gelbronnerio aparatas (1902), Pictet (1903) 300
Aparatas J. Claude 300
Skysčių kiekio indikatoriai 301
Dviejų skirtingų skysčių gavimas vienoje skysčio vonioje 301
Sąlygos, būtinos norint teisingai ištaisyti 303
Lieso skysčio gamybos patobulinimai 304
Praktinis pirminio refliukso aparato su „vieno ciklo“ 306 taikymas
Šilumokaičiai su dviem skyriais 309
Termodinaminis efektyvumas atskiriant oro elementus suskystinant 309
Kiti metodai – reliquefiction (Levi, Gelbronner) 312
Įvairūs dalinio deguonies ir azoto atskyrimo būdai skystinant orą – Didesnio savaiminio azoto išsivalymo principas – R metodas Levy (1903) 313
4hctocq azoto gamyba, Linde metodas 316
Nauja Linde mašina
Skysto deguonies aparatas 318
Aparatas Le Rouge (O-in G Air Liquide) 319
Aparatas Messer 321
Aparatas Industriegas-Gesellschaft 322
Racionali skysto deguonies aparato schema 324

XIX SKYRIUS Aparatūros eksploatavimas 324
Oro valymas 324
Dekarbonizacija 325
Šaltas sausas 327
Linde 327 schema
J. Claude šilumokaičiai su atšildymu 328
Aušinimo džiovinimo metu sunaudotas šalčio kiekis 330
Aparato paleidimas O-va lAir Liquide 330
Plėtimosi energijos naudojimas 335
Nelaimingi atsitikimai, įvykę veikiant prietaisams 338

XX SKYRIUS Inerniųjų dujų gamyba 344
Helis ir neonas 345
Neono ir helio kiekio nustatymas atmosferos oras 346
Helis, amoniakas ir aeronautika 347
Helis JAV ir Kanadoje 348
Argonas 351
Kriptonas ir ksenonas 354

PRATARMĖ
Prieš dvidešimt septynerius metus po kiekvienų mane vadindavo utopistu viešojo kalbėjimo, kuriame demonstravau skystą orą ir jo savybes bei bandžiau numatyti visus tuos jo pritaikymus, išskyrus laboratorinius tyrimus, kurie vėliau buvo atlikti.
Tačiau Georgesas Claude'as savo prielaidose nuėjo dar toliau nei aš ir buvo teisus – todėl su visišku tikėjimu ir įsitikinimu jo 1903 m. išleistos knygos pratarmę galėčiau užbaigti tokiais žodžiais: „Oro suskystinimas pramonėje. mastas yra ne tik mokslo revoliucija, bet ir, be to, daugiausia - ekonominė ir socialinė revoliucija. "Visas turtingas turinys, kurį Claude'as įdėjo į savo pirmąjį darbą, kurio naują leidimą jis siūlo šioje knygoje, visiškai patvirtina prielaidos, kurias padariau prieš 27 metus.
Tai ne šiaip pristatymas, tai visiškai originalaus pobūdžio kūrinys, kuriame autorius nepasitenkina savo srities istoriko vaidmeniu.
B. daugelį metų J. Claude'as nenuilstamai prisidėjo prie šio klausimo sprendimo. Šiuos puslapius jis kūrė ne kaip pamokantį oro suskystinimo pramonės aprašymą, o daugiausia pristatydamas savo darbus ir sukurtas teorijas, kurios iki šiol patobulino mūsų žinias ne tik mokslo srityje, bet ir taikymo srityje. mokslo pasiekimai pramonėje.
Aš nenuilstamai sekiau visus Claude'o tyrimus ir pranešiau apie reikšmingiausius rezultatus Mokslų akademijų susitikimuose. Iš kai kurių šios knygos skyrių galima suprasti, kokiais keliais šie tyrimai pažengė į priekį, ir iš jų galima spręsti, kaip su pasitikėjimu ir greičiu juda praktika, kai vadovaujasi aiškia, tvirtai nusistovėjusia moksline teorija.
Klodas priklauso tiems genialiems tyrinėtojams, kurie smalsų laboratorijos mokslininko stebėjimą derina su blaiviu praktiko protu. Jokia teorija jam nėra baigta.
vertybes, kol jis turės galimybę pritaikyti jį ant praktinio pritaikymo bėgių.
Tai patvirtina daugelis tipinių pavyzdžių pateikta šioje knygoje. Aš atkreipsiu dėmesį į kai kuriuos iš jų:
1) Aparatas skystam orui gaminti plečiant išorinį darbą. Teorija įrodo šio darbo metodo pranašumą prieš kitus, tačiau praktinis jo pritaikymas nepavyko, nepaisant to, kad mokslininkai ir žymūs inžinieriai ėmėsi įgyvendinti. „Teorija visada teisinga“, – sako Claude'as ir, neprarasdamas širdies dėl nesėkmės, ištikusios jo išskirtinius pirmtakus, kruopščiai analizuoja, kas praktiškai praktiškai netenkina teorijos.
Šių darbų metu jis atrado būdą, kaip žemoje temperatūroje veikiančias mašinas sutepti petroleteriu. Po šio atradimo aparatas pradėjo veikti, tačiau per valandą pagamino tik 0,20 litro skysto oro. „Akivaizdu, kad teorija dar nėra pakankamai patenkinta“, – nusprendžia Klodas. Jis atidžiai tyrinėja šį reiškinį ir, atlikdamas subtilią analizę, užtikrintai nustato, kad teorija iš tikrųjų nėra patenkinta. Jis įsitikinęs, kad esant labai žemai temperatūrai, kurioje veikia jo mašina, oras nebėra idealios dujos, kurios teoriškai priimtos: „tai dar nėra skystis, – sako jis, – bet beveik nebe dujos. Po to jis bando pakelti temperatūrą, kurioje vyksta plėtimasis, kad patenkintų teoriją. Jis kreipiasi į slėgio mažinimą, tada į sudėtinį skystinimą, tada į skystinimą kritinė temperatūra deguonies ir kt.
Teorija yra patenkinta ir skysto oro išeiga palaipsniui pasiekia 0,66, 0,85, 0,95 litro arklio galiai / val.
Taip, teorija visada teisinga, bet... tinkamose rankose.
2) Tarp dviejų oro komponentų – deguonies ir azoto – virimo taškų yra didelis skirtumas. Azoto gebėjimas išgaruoti greičiau nei deguonis davė pagrindą procesui, kuris ekonomiškai išsprendė dviejų dujų atskyrimo problemą. Pačios smulkiausios detalės garavimo procesą atidžiai ištyrė prof. Linde, parengė Balis ir kiti (ir nekilo jokių ginčų). Priešingo reiškinio, būtent dujinio oro kondensacijos, teorija sukėlė ginčų: Dewar (Dewar) manė, kad abu oro elementai kondensuojasi vienu metu; Linde pasidalino šia nuomone. Pictet nuėjo dar toliau ir tikėjo, kad pirmiausia kondensuojasi azotas, tai yra, lakesnės dujos. Reikėjo apsispręsti, kuri iš šių teorijų teisinga, nes jei abi dujos kondensuojasi vienu metu, tai akivaizdu, kad reikia visiškai suskystinti visą orą, kad būtų atskirti jo elementai; jei viena iš dujų kondensuojasi prieš kitą, šiam atskyrimui pasiekti pakaks dalinio suskystinimo.
Claude'ui padarė didelį įspūdį Dewar teorija, kuri prieštarauja pagrindiniams fizikos dėsniams. Kaip bendra pozicija Jis samprotavo, kad suskystėjimo reiškinys visada yra atvirkštinis garavimo reiškiniui, o oras gali elgtis kitaip tik esant kokiai nors keistai anomalijai. Claude'as pradeda daryti eksperimentus ir jų rezultatai visiškai sutampa su jo paties prielaidomis ir su Gibbs'a, Van-der-Va al s'a ir Duhem'a teorijomis. Išsamų to paaiškinimą rasime skyriuje apie dujų mišinių skystinimą.
Dėl itin sumanaus metodo Claude'as galėjo pasinaudoti šia savybe. Suskystindamas palyginti nedidelę apdoroto oro dalį, jis tiesiogiai, be išankstinio išgarinimo, gavo labai daug deguonies turintį skystį, kuriame buvo beveik visas apdorotame ore esantis deguonis. Šis metodas susideda iš vadinamųjų atvirkštiniai srautai. Tai leidžia visiškai atskirti visą apdorotame ore esantį deguonį, suskystinus tik pusę jo.
Klodas iškart pradeda. praktinis pritaikymas pasiektus patobulinimus. Rezultatai iš karto. Skysto oro gamyba ir pastarojo suskaidymas į jo elementus (pirmą kartą prof. Linde, pasitelkęs jo atrastus itin meistriškus metodus, buvo labai išplėtota Prancūzijoje ir kitose šalyse, dėka 2010 m. Claude'as, kurį išnaudojo „Society nL'air Liquide“.
Be ypatingo susidomėjimo, ši knyga dar kartą patvirtina mano ne kartą išsakytą nuomonę, kad Taikomasis mokslas gali pakeisti nepakankamai pagrįstus vadinamojo grynojo mokslo nustatytus įstatymus. Bet koks fizinis įstatymas gali būti laikomas tikrai nusistovėjusiu tik tada, kai jis bus priimtinas ir plačiai priimtas. pramoniniu mastu; gryname moksle galima klysti nustatant nepakankamai tikslius dėsnius be ypač žalingų pasekmių; plačioje pramonėje šis reiškinys yra arba visiškai neįmanomas, arba klaida paveikia per trumpą laiką ir sukelia žlugimą. Būtent šiems siūlymams aš pritariau, kai man pirmininkaujant Mokslų akademijoje buvo svarstomas Pramonės skyriaus atidarymo savalaikiškumas. Klodo darbas įrodė, kad aš teisus.
Baigdamas manau, kad būtina atkreipti dėmesį į vieną įdomiausių dalių, pasirodančią bent jau pirmą kartą.
Šiame leidime autorius išdėsto sunkumus, kuriuos jam teko įveikti ieškant techniškai įmanomų metodų, kaip atsitiktinai iš oro išgauti jame esančias tauriąsias dujas, dažnai mikroskopinėmis dozėmis, jas gauti. kaip šalutiniai produktai gaminant azotą ir deguonį. Be šių nepaprastai įdomių mokslinių atradimų, kurie tapo tikrovės nuosavybe, Claude'as neabejoja, kad jam pavyks rasti naujų pritaikymų šioms tauriųjų dujų nuostabioms savybėms.
Daktaras dArsonval.
Instituto narys.
Nogentas Marnoje.
1925 metų balandžio 16 d

PIRMA DALIS.
DUJŲ SKYSDINIMAS.

I SKYRIUS
Pirmieji etapai.
Viena įdomiausių fizikos šakų yra ta, kuri nagrinėja dujų suskystinimą, o prieš pradėdami svarstyti klausimus, susijusius su oro suskystinimo problema, negalime tyliai praleisti tų daugybės darbų, kurie visai neseniai baigėsi visiškas mokslo viešpatavimas.skystos ir dujinės kūnų būsenos atžvilgiu.
Dujų suskystinimo srityje teorinės išvados gerokai pralenkė jų praktinį įgyvendinimą. Fizikai pastebėjo, kaip įprasti skysčiai, veikiami šilumos, virsta garais, tokiais pat judriais ir lengvais kaip dujos; veikiami aušinimo šie garai lengvai grįžo į pradinę būseną – virsta skysčiu. Mokslininkams iškilo klausimas: ar taip pat ne dujos – natūralios ar chemiškai gautos – skysčių garai, o ypatingi skysčiai, nepalyginamai lakesni už paprastus ir kurie verda labai žemoje temperatūroje.
Ar ne tokios mintys užvaldė garsųjį Sviftą, kai jis sukūrė šią ištrauką iš savo Guliverio kelionių (3 dalis, Kelionės į Laputą, V sk. – Lagado akademijų aprašymas
„Didžiojo mokslininko vadovavo 50 darbininkų. Kai kurie kondensavo orą, padarydami jį apčiuopiamu, ištraukdami iš jo azotą ir leisdami išgaruoti skystoms ir vandeningoms dalelėms ir pan.
Juk ši pilnas vaizdas skysto oro, deguonies ir azoto gamyba – ir visa tai 1726 m.!
Po Swifto dujų gebėjimo suskystėti sampratą paaiškina pranašiški Lavoisier žodžiai, pateikti žemiau. Per tą laiką, kai
) Į šį keistą palyginimą atkreipiau dėmesį inž. G. Steingelis.
Net lengvai suskystintos dujos negali būti suskystintos, garsusis chemikas išdrįso pasakyti:
„Jei žemė staiga patektų į labai žemos temperatūros terpę, pavyzdžiui, Jupiterio ar Saturno, vanduo, kuris dabar sudaro mūsų upes ir jūras ir tikriausiai didžiąją mums žinomų skysčių dalį, virstų kalnai ir kietos uolos. Šiuo atveju oro arba bent jau, dalis jį sudarančių dujų pakeistų savo būseną ir virstų skysčiu iš nematomų dujų, kurios egzistuoja dėl buvimo aplinkoje, kurioje yra pakankamai aukštos temperatūros, tokiu oro perėjimu iš vienos būsenos į kitą susidarytų nauji, iki šiol net nenuspėjami skysčiai.
Taigi, pradedant nuo Lavoisier, patvirtinama nuomonė, kad trys materijos būsenos – kieta, skysta ir dujinė – yra nuosekli serija, kurios kiekviena iš būsenų priklauso nuo aplinkos temperatūros.
šiuolaikinis mokslas patvirtintas visiems kūnams, bent jau tiems, kurie kaitinant nesuyra, šios išvados visiškas dėsningumas ir bendrumas.
Be jokių kitų pratarmių, dabar pereikime prie dujų suskystinimo klausimo tyrimo, prieš tai prisiminę visus tuos dėsnius, kurie reglamentuoja ir skysčių garavimą, ir jų garų kondensaciją.
Skysčių garų elastingumas. - Garai sotieji ir nesotieji.
Ant pav. 1 parodytas barometrinis vamzdelis, užpildytas gyvsidabriu ir atviru galu panardintas į indą su gyvsidabriu. Šiuo atveju erdvėje E susidaro tuštuma; žinoma, kad atmosferos slėgis nustatomas iš gyvsidabrio stulpelio AB aukščio (apie 760 mm). Į barometrinį vamzdelį sulenktos pipetės pagalba įlašinkime kelis lašus skysčio: vandens, alkoholio ir kt. Šis skystis, pasiekęs laisvą gyvsidabrio paviršių, išgaruos tuščioje erdvėje Ey ir pamatysime, kad gyvsidabrio lygis, veikiamas susidariusių garų, sumažės nuo pradinio B lygio iki naujojo C lygio (2 pav.). Lėktuvo aukštis lemia tamprumo jėgą arba garų slėgį, susidarantį tokiomis sąlygomis, kuriomis atliekamas eksperimentas. Gaminant šį eksperimentą galimi 2 variantai:
1) į vamzdelį įpilama perteklinio skysčio; tokiu atveju išgaruos tik dalis šio skysčio. Barometriniame
erdvėje E bus tai maksimali suma garų, kurių gali būti, t.y., garai bus, kaip paprastai vadinama, r prisotinti. Gyvsidabrio lygio sumažėjimas šiuo atveju bus maksimalus ir įdomu pastebėti, kad šis sumažėjimas esant tam tikrai temperatūrai yra griežtai apibrėžta ir pastovi vertė, neatsižvelgiant į į vamzdelį patenkančio skysčio pertekliaus kiekį. Galima sakyti, kad sočiųjų garų elastingumas tam tikroje temperatūroje yra pastovus fizinis dydis ir charakterizuoja skystį taip pat, kaip jam būdingas tankis ar virimo temperatūra.
2) Skystis, įvestas į vamzdelį, visiškai išgaruoja, todėl jo kiekis pasirodė esąs nepakankamas, kad susidarytų garų kiekis, kuris tilptų į vamzdelį. Šiuo atveju gyvsidabrio lygio sumažėjimo laipsnis nebus tam tikras dydis, kaip buvo pirmuoju atveju, ir priklausys nuo įleidžiamo skysčio kiekio. Ir visiškai aišku, kad jei buvo įvestas nedidelis skysčio kiekis, gyvsidabrio lygio sumažėjimas bus nereikšmingas.
Taigi nesočiųjų garų slėgis nėra apibrėžta reikšmė ir gali skirtis priklausomai nuo įpurškiamo skysčio kiekio Fig. 1, 2 ir 3.
Turime atkreipti deramą dėmesį į nesočiųjų garų sąvokos esmę, nes, kaip vėliau sužinosime, dujos yra tos pačios eilės reiškinys, tai yra, tai yra nesotieji garai.
Įvairių skysčių garų slėgio pokyčiai priklausomai nuo pastarųjų savybių ir jų temperatūros.
Įvairių skysčių garų slėgis toje pačioje temperatūroje yra didesnis, tuo šie skysčiai yra lakesni. Taigi, pavyzdžiui, vandens garų elastingumas 20°e temperatūroje yra 17,4 mm, t. y., esant 20°, gyvsidabrio stulpelio lygis (barometriniame vamzdyje) sumažėja, kai vanduo įleidžiamas į vamzdelį 17,4 mm. ; paprasto alkoholio garų slėgis toje pačioje temperatūroje yra 44 mm, medienos alkoholio garų - 95 mm, o eterio garų - 442 mm; šių skaičių seka kartu parodo mums šių skysčių lakumo tvarką.
Kita vertus, to paties skysčio garų slėgis sparčiai didėja kylant temperatūrai.Pabandykime palaipsniui įkaitinti savo barometrinį vamzdelį E- veikiant vis didėjančiam skysčio garavimui, kurio garai pakyla virš gyvsidabrio. , pastarųjų lygis didėjant greičiui mažės ir vandens garų elastingumas prie 30° bus 31,5 mm, 50° - 92 mm ir 75° - 288,5 mm.
Temperatūrai toliau kylant pamatysime, kad gyvsidabrio lygio kritimas paspartės, o tam tikru momentu (3 pav.), veikiami sočiųjų skysčio garų (kurių visada yra perteklius). vamzdelis), gyvsidabrio lygis barometriniame vamzdyje pasieks gyvsidabrio lygį inde A (3 pav.) Akivaizdu, kad šiuo metu garų slėgis tiksliai subalansuos atmosferos slėgį, todėl bus lygus 760 mm. .
Jei šiuo metu išmatuosime temperatūrą, pamatysime, kad ji yra lygi 100 °, t.y. vandens virimo temperatūrai esant atmosferos slėgiui. Šį nepaprastai įdomų reiškinį suformuluojame taip:
Skysčio virimo temperatūra esant atmosferos slėgiui taip pat yra temperatūra, kurioje šio skysčio garų slėgis yra lygus vienai atmosferai.
Visi gamtos dėsniai turi savo gilią prasmę, tačiau mes taip retai sugebame juos išnarplioti, kad į kiekvieną tokį atvejį reikėtų atkreipti dėmesį. Štai mes turime šį atvejį. Kaip labai
9 Norėdami tai padaryti, vadovaukitės barometriniu vamzdžiu, parodytu pav. 1 - 3 ir 5 - 13 g uždengti stikline mova, o tarp vidinės movos sienelės ir vamzdelio išorinės sienelės varyti vandenį ar kokį kitą iki norimos temperatūros pašildytą skystį.
Gerai žinoma, kad burbuliukai, dažniausiai stebimi verdant, skystyje pradeda formuotis tik tada, kai garai savo elastingumu sugeba subalansuoti skystį veikiantį atmosferos slėgį.
Kol garų slėgis nepasiekia šios vertės, negali susidaryti garų burbuliukai, stebime tik lėtą paviršiaus garavimą, bet ne virimą.
Garavimo šiluma.
Apsvarstykite reiškinius, kurie atsiranda, kai skystis kaitinamas atvirame inde. Yra žinoma, kad šio skysčio temperatūra nuolat kils, kol bus pasiekta virimo temperatūra, po kurios temperatūros kilimas iš karto sustos, kad ir koks stiprus būtų šildymo šaltinis. Skysčio fizinės būsenos pasikeitimas ir, kita vertus, didžiulis jo tūrio padidėjimas, atsirandantis garuojant, įveikiant atmosferos slėgio priešpriešą, reikalauja didelių energijos sąnaudų, kurios gaunamos. dėl didelio šilumos sugėrimo. Kažkoks nutolęs supratimas apie garinant išleidžiamą šilumos kiekį suteikia mums tą šalčio jausmą, kurį kiekvienas patiria pats išeidamas iš vonios, kai lėtai išgaruoja ant kūno likęs vanduo.
Kol skystis, kurį kaitiname, užverda, silpnas paviršinis garavimas sukelia atitinkamai silpną šilumos įsisavinimą, o beveik visa šildymo šaltinio išskiriama šiluma išleidžiama laipsniškam skysčio šildymui. Nuo virimo pradžios šilumos sugertis garams susidaryti tampa milžiniška, o visa šildytuvo šiluma, nepriklausomai nuo jo galios, patenka į garinimo procesą.
Šilumos kiekis, reikalingas vienam verdančio skysčio svorio vienetui paversti garais, vadinamas garavimo šiluma. Regnault teigimu, 100° vandens tonoje yra 537 kalorijos. Kiekis tikrai milžiniškas!
Tačiau šis skaičius reiškia, kad vanduo, jau pašildytas iki 100 °, toliau nedidėjant temperatūrai pereinant iš skysčio į tos pačios temperatūros dujas, sugeria šilumos kiekį, kuris yra beveik 5,5 karto didesnis už tą, kurį sugeria vanduo pereinant nuo lydymosi. ledo temperatūra iki virimo taško. Šiuo požiūriu, kaip ir daugeliu kitų, vanduo yra ypatingas skystis;
tai matyti iš šios lentelės, kurioje išvardytos įvairių skysčių virimo temperatūros ir garavimo šilumai.
Šalčio būtinybė suskystintoms dujoms egzistuoti esant atmosferos slėgiui. Atkreipkite dėmesį, kad atvirukų inde neįmanoma pašildyti skysčio virš jo virimo temperatūros, nes padidindami kaitinimą galime sukelti tik greitesnį virimą, bet neviršyti virimo temperatūros. Kitaip tariant, normaliomis sąlygomis esant atmosferos slėgiui, kai temperatūra viršija šio skysčio virimo temperatūrą x), negali egzistuoti joks chemiškai grynas skystis.
Jei fizikų, laikančių dujas itin lakiųjų skysčių garais, išvados yra teisingos, tai net ir labai žemoje temperatūroje šios dujos turi virimui reikalingą elastingumą, lygų vienai atmosferai, ir dėl to šie skysčiai gali egzistuoti tik esant atmosferos slėgiui. esant labai žemai temperatūrai.
Taigi, mes suprantame šalčio vaidmens dujų skystinimui esmę, kurią numatė Lavoisier. Kokia didelė šalčio svarba, pamatysime toliau, kai pamatysime, kad visais atvejais vienintelė aplinkybė, kurios pakanka suskystėjimui visais atvejais pasiekti, yra šalčio veikimas: jokios dujos, net helis, negali atsispirti pakankamam šalčiui. . Neabejotina, kad tuo užsiima fizikai įdomi problema būtų labai arti jos sprendimo, jei priimtų šią poziciją.
Tiesa, gauti labai žemą temperatūrą jiems gali atrodyti vienas didžiausių fizikos sunkumų. Tačiau jei jie padidintų savo pastangas – o iškelta problema yra to verta – neabejotina, kad dėl didžiulės fizikos pažangos jie atrastų jas stebėtinai. paprastus būdus kurios mums dabar padeda giliai atšalti.
) Priemaišų buvimas skystyje ir ypač ištirpusios druskos gali žymiai padidinti virimo temperatūrą. Kartais gaunamas nestabilios pusiausvyros reiškinys, vadinamas skysčio „perkaitimu“.
Slėgio įtaka virimo temperatūrai.
a) Slėgio sumažėjimas. Ką tik matėme, kad kaitinant skystį esant atmosferos slėgiui, virimas prasideda tuo momentu, kai palaipsniui didėjantis garų slėgis pasiekia atmosferos slėgį subalansuojančią reikšmę.
Sumažinkime skystį veikiantį slėgį, padėdami jį į uždarą indą, iš kurio dalinai išpumpuotas oras; aišku, kad mažesnis garų slėgis žemesnėje temperatūroje galės įveikti esamą sumažintą slėgį ir taip sukelti virimą: virimo temperatūra tokiomis sąlygomis bus žemesnė
normalus, ir kuo tobulesnė tuštuma inde, kuriame yra mūsų skystis, tuo atitinkamai žemesnė virimo temperatūra.
Pati gamta kai kuriais atvejais patvirtina aukščiau išvardintų dalykų teisingumą. Pavyzdžiui, kalnų viršūnėse turime subatmosferinį slėgį, o slėgio sumažėjimas yra lygus oro stulpelio slėgiui nuo kalno papėdės iki jo viršūnės. Kopiant į Saussure į Monblaną garsųjį alpinistą pribloškė tai, kad ledinėje Alpių koloso viršūnėje jis sunkiai galėjo verdančiame vandenyje išvirti kietai virtus kiaušinius – ten vandens virimo temperatūra buvo tokia žema.
Štai dar vienas, dar ryškesnis pavyzdys!
Veikiant oro siurbliui, kuris palaipsniui didina vakuumą vandens inde, vandens virimo temperatūra gali nukristi žemiau užšalimo: tokiomis sąlygomis kietai virti kiaušiniai iš tiesų tampa mitu! Tačiau geram oro siurbliui nėra ypač sunku išlaikyti 1-2 mm slėgį virš skysčio, uždaryto uždarame inde, o kadangi esant 0 ° vandens garų slėgis yra 4,6 m, akivaizdu, kad vanduo esant tokiai temperatūrai ir nurodytam slėgiui, jis turėtų virti, nes vandens garų elastingumas tokiomis sąlygomis žymiai viršija inde esantį slėgį.
Šaldytuvai pastatyti garavimo principu. Iš to, kas pasakyta, akivaizdu, kad išgaravimas, vykstantis aprašytomis sąlygomis, gali būti labai reikšmingo aušinimo šaltinis.
Jei, pavyzdžiui, vandens pripildytas indas yra prijungtas prie pakankamos galios vakuuminio siurblio ir pastarasis yra priverstas veikti, tada po kurio laiko vanduo smarkiai užvirs, nes ateis momentas, kai esant tokiai temperatūrai, Vanduo yra, jo garų slėgis viršys sumažintą slėgį, kuris palaikomas veikiant siurbliui. Kadangi šiuo atveju garuojant (p. 11) sugerta ir su garais išeinanti šiluma nėra tiekiama jokiu pašaliniu šaltiniu, o pasiskolinama iš paties skysčio, pastarasis gana greitai atvėsta; atsižvelgiant į tai, kad slėgį nuolat veikiantis siurblys palaiko žemiau garų slėgio, nepaisant pastarojo mažėjimo, mažėjant skysčio temperatūrai, virimas tęsis, aušinimas padidės ir dėl to tam tikrą akimirką skystis virs kieta medžiaga.
Ši graži patirtis buvo ledo gamybos įrenginių projektavimo pagrindas. mašinos. Taigi, pavyzdžiui, „Carré“ ledo mašinoje yra grindžiamas vandens garų sugerties sieros rūgštimi principas (gerai žinomas godumas, su kuriuo vanduo susijungia su sieros rūgštimi). Toks pat principas įkomponuotas ir į išskirtinę mašiną, tikrą kovotoją už sveiką protą, garsųjį inžinierių Leblancą, kuriame vandens užšaldymo darbas buvo patikėtas... garų srovei. Ši garų srovė purkštuvu Zhifar sukūrė oro retinimą ir puikiai veikė Westinghouse pagamintuose modeliuose, ekonomiškai užšaldant dešimtis centnerių per valandą!
Taigi matome, kad jei oro siurblio pagalba virš skysčio palaikomas tam tikras vakuumas, pastarasis greitai pasiekia tokią temperatūrą, kuriai esant garų slėgis yra maždaug lygus sumažintas slėgis palaikomas oro siurbliu, o kol garų slėgis viršija slėgį, skystis užverda ir tuo pačiu toliau vėsta. Jei skystis yra labai lakus, t.y., jei jo garai turi pakankamai elastingumo iki žemiausių temperatūrų, tada šias žemas temperatūras galima gauti paprasčiausiai išgarinant tokį skystį vakuume.
Taigi, pavyzdžiui, sieros eterį, kurio garų slėgis esant -40 ° vis dar yra didesnis nei 5 mm, galima atšaldyti žemiau šios temperatūros paprasčiausiai išgarinant esant 5 mm 1 slėgiui).
Tačiau vietoj to, kad būtų gauta labai žema temperatūra labai išretėjusioje atmosferoje išgarinant labai lakų skystį, dažnai prasminga pasiekti ne tokią žemą temperatūrą, naudojant ne per stiprų retinimą. Paimkite, pavyzdžiui, tą patį sieros eterį, kurio garų slėgis -10 ° temperatūroje yra 111 mm; Šią gana žemą temperatūrą galima nesunkiai pasiekti išgarinant skysčiui esant palyginti nedideliam vakuumui, kurį oro siurbliai kur kas mažiau galingi ir ne tokie sudėtingi nei tie, kurių reikėtų vandeniui, pagaminti be didelių sunkumų.
Galima nesunkiai įsivaizduoti, kad norint sumažinti garą iki, pavyzdžiui, 2 mm gyvsidabrio slėgio, tektų įdėti nemažai darbo, o norint gauti teigiamų rezultatų, prireiktų milžiniškų tūrių siurblių.
Lakiųjų skysčių išgarinimas dabar tapo labiausiai paplitęs šalčio gavimo būdas, o šis principas labai plačiai taikomas šaldant tūkstančiuose mašinų: pavyzdžiui, mašinose su metilo chloridu, sieros dioksidu, amoniaku. , anglies dioksidas ir kt.
b) Slėgio didinimo veiksmas. Jau matėme, kad sumažėjus slėgiui, kuriame yra skystis, mažėja jo virimo temperatūra. Atvirkščiai, padidinsime slėgį: pamatysime, kad norėdami šio skysčio garams suteikti elastingumo, įveikiančio šį slėgį, turėsime šildyti skystį virš temperatūros, kuri būtų reikalinga normaliomis sąlygomis. Ir kuo didesnis slėgis, tuo aukštesnė bus virimo temperatūra.
Štai kodėl į garo katilai 15 atmosferų slėgio vanduo užverda tik 199 °, o Serpollet automobilių katile, kur slėgis dažnai siekia 50 atmosferų, virimo temperatūra pakyla iki 265 °. Akivaizdu, kad šiek tiek žinant kai kuriuos gamtos dėsnius, vandenyje gali ištirpti ne tik alavas, bet ir švinas!
Atkreipkite dėmesį, kad padidintą slėgį, kuris turi būti taikomas įkaitintam skysčiui, kad pakeltų jo virimo temperatūrą, susidaro pats skystis, jei tik pastarasis yra uždarame inde. Akivaizdu, kad šiuo atveju slėgis lygus kiekvienam Šis momentas virš skysčio besikaupiančių garų elastingumas.
Reikėtų pažymėti, kad tokiomis sąlygomis, kurios yra panašios į tas, kurios egzistuoja garo katilas skiedžiant garus, vanduo negali prasidėti, kol neišsiskiria dalis garų. Garų slėgis šiuo atveju atitinka skysčio patiriamą slėgį, todėl pastarojo neįmanoma įveikti. Kol krosnies tiekiama šiluma nepašalinama su panaudotais garais, ji beveik visiškai išeikvojama skysčiui šildyti; šiuo atveju temperatūra pakyla gana greitai, o kartu su skysčio temperatūra didėja jo garų elastingumas ir dėl to slėgis. Ir tik tada, kai slėgis jau žymiai padidėja, išleidžiant dalį garų ir taip sumažinant slėgį, dėl to susidaro sąlygos, kurioms esant garų slėgis šiek tiek viršija slėgį, o tai leidžia pradėti virti. Tada slėgis nustoja kilti, nes krosnies tiekiama šiluma suvartojama kartu su išeinančiais garais.
Toliau pateiktoje lentelėje, sudarytoje R e g n a u 11, parodyti didžiuliai vandens virimo temperatūros svyravimai, kurie priklauso nuo slėgio. Griežtai tariant, sudarant šią lentelę buvo siekiama nurodyti vandens garų elastingumą atitinkamose temperatūrose; bet mes jau žinome, kad šie dydžiai (garų slėgis ir virimo temperatūra) yra tarpusavyje susiję ir kad virimas prasideda tuo momentu, kai skirtumas tarp skysčio patiriamo slėgio ir jo garų elastingumo tampa be galo mažas.
Šie duomenys grafiškai parodyti fig. 4. Atitinkamos kreivės taip pat brėžiamos toje pačioje diagramoje ir kitiems skysčiams, ir labai įdomu pastebėti, kad šios kreivės, nukrypdamos viena nuo kitos priklausomai nuo temperatūros, savo charakterio vienodumu patraukia į save dėmesį.
Išsamiau apie tai kalbėsime nagrinėdami van der Waalso darbus (V skyrius).
Galimybė naudoti slėgį, o ne aušinimą kai kurioms suskystintoms dujoms. Jau matėme (p. 12), kad bet kokio skysčio egzistavimas ant lauke neįmanoma esant aukštesnei nei tam tikro skysčio virimo temperatūrai; iš to padarėme išvadą, kad dujos yra hipotetinių skysčių garai, galintys egzistuoti atvirame ore tik esant dideliam šalčiui, todėl itin žemos temperatūros išlaikymas mums gali atrodyti neišvengiama būtinybė suskystinti dujas.
Jau matėme, kad slėgis yra priemonė, kuria skysčio temperatūrą galima pakelti aukščiau – ir net daug aukščiau – jo virimo temperatūrą esant atmosferos slėgiui. Šis pasiūlymas, kuris mums dabar atrodo itin paprastas, praėjusio šimtmečio mokslininkams suteikė daug pasisekimų, bet kartu buvo daugelio bevaisių pastangų priežastis.
Ryžiai. 4. Garų slėgio pokyčio diagrama priklausomai nuo temperatūros.
I - metilo chloridas, II - sieros anhidridas, III - eteris, IV - vanduo.
Tarkime, kad turime hipotetinį skystį, atitinkantį tam tikras dujas: natūralu, kad šis skystis yra po žeme Atmosferos slėgis egzistuoja tik esant labai žemai temperatūrai; bet jei šį skystį uždarysime uždarame inde, galime jį paveikti šiluma, o padidėjęs slėgis pakels ir jo virimo temperatūrą. Jei mūsų eksperimentas tęsiamas tol, kol gaunamas reikšmingas ir, jei reikia, didžiulis slėgis, tada nėra matomo pagrindo manyti, kad tokiu būdu negalėsime pakelti savo skysčio temperatūros iki aplinkos temperatūros. Tokio skysčio egzistavimas aplinkos temperatūroje nebūtų neįmanomas, jei jis būtų palaikomas pakankamu slėgiu, ir iš to galima suprasti, kad, be bet kokio aušinimo, pakanka, kad tikros dujos būtų tinkamai veikiamos. aukštas kraujo spaudimas kad jis suskystėtų.
Dabar pamatysime šios išvados prasmę; matysime, kartoju, visą pasitenkinimą, bet ir nusivylimą, kurį tai sukėlė mokslininkams; bet. Pirmiausia išsiaiškinkime, kokios yra „tinkamos“ suskystinimo sąlygos.

Kapitsa Petras Leonidovičius(1894-1984) - garsus sovietų fizikas; Nobelio premijos laureatas; E. Rutherfordo mokinys.

Kapitsa atrado skysto helio supertakumą, sukūrė naują pramoniniai metodai dujų suskystinimas. Didelė svarba turi Kapitsa darbą kuriant itin stiprius magnetinius laukus ir didelės galios elektroninius generatorius.

Yra daug tipų mašinų, skirtų skystoms dujoms, ypač skystam orui, gaminti. Šiuolaikinėse pramonės įmonėse reikšmingas aušinimas pasiekiamas plečiant dujas šilumos izoliacijos sąlygomis (adiabatinis plėtimasis).

Tokios mašinos vadinamos plėtikliais (plėstuvais). Besiplečiančios dujos dėl savo vidinės energijos veikia judindamos stūmoklį (stūmokliniai plėtikliai) arba sukant turbiną (turbinos plėtikliai), todėl vėsina.

Didelio našumo turbo plėtikliai žemas spaudimas sukūrė akademikas P. L. Kapitsa. Nuo šeštojo dešimtmečio visos didžiosios oro skystinimo gamyklos pasaulyje veikė pagal Kapitsa schemą.

6.14 pav. parodyta supaprastinta stūmoklinio plėtiklio schema. Atmosferos oras patenka į kompresorių 1 , kur jis suspaudžiamas iki kelių dešimčių atmosferų slėgio. Suslėgtas oras aušinamas šilumokaityje 2 tekantis vanduo ir patenka į plėtiklio cilindrą 3. Čia išsiplėsdamas jis veikia, stumdamas stūmoklį ir tiek atvėsina, kad kondensuojasi į skystį. Suskystintas oras patenka į indą 4.

Skysto oro virimo temperatūra yra labai žema. Esant atmosferos slėgiui, jis yra -193 ° C. Todėl skystas oras atvirame inde, kai jo garų slėgis lygus atmosferos slėgiui, užverda. Kadangi aplinkiniai kūnai yra daug šiltesni, šilumos antplūdis į skystas oras, jei jis būtų laikomas įprastuose induose, būtų toks reikšmingas, kad per labai trumpą laiką visas skystas oras išgaruotų.

Skystųjų dujų laikymas

Kad oras būtų skystas, būtina užkirsti kelią jo šilumos mainams su aplinka. Šiuo tikslu skystas oras (ir kitos skystos dujos) dedamas į specialius indus, vadinamus Dewars. Dewar indas išdėstytas taip pat, kaip įprastas termosas. Ji turi dvigubas stiklines sieneles, iš tarpo tarp kurių išpumpuojamas oras (6.15 pav.). Tai sumažina indo šilumos laidumą. vidinė siena padaryti blizgančią (pasidabruota), kad sumažintų radiacinį kaitinimą. Dewar indai turi siaurą kaklą, juose laikant suskystintas dujas, jie paliekami atviri, kad inde esančios dujos galėtų palaipsniui išgaruoti. Dėl išgarinimui naudojamos šilumos suskystintos dujos visą laiką išlieka šaltos. Gerame Deare skystas oras laikomas kelias savaites.

Suskystintų dujų taikymas

Dujų suskystinimas turi techninę ir mokslinę reikšmę. Oro suskystinimas naudojamas inžinerijoje, norint atskirti orą į sudedamąsias dalis. Metodas pagrįstas tuo, kad įvairios dujos, sudarančios orą, verda įvairios temperatūros. Helis, neonas, azotas ir argonas turi žemiausią virimo temperatūrą. Deguonis turi šiek tiek aukštesnę virimo temperatūrą nei argonas. Todėl pirmiausia išgaruoja helis, neonas, azotas, o paskui argonas, deguonis.

Suskystintos dujos plačiai naudojamos inžinerijoje. Iš azoto gaminamas amoniakas ir azoto druskos, naudojamos žemės ūkyje, tręšiant dirvą. Argonas, neonas ir kitos inertinės dujos naudojamos elektros kaitrinėms lempoms, taip pat dujinėms lempoms užpildyti. Deguonis yra plačiausiai naudojamas. Sumaišytas su acetilenu arba vandeniliu, jis sukuria labai aukštos temperatūros liepsną, naudojamą metalams pjauti ir suvirinti. Deguonies įpurškimas (deguonies sprogimas) pagreitina metalurgijos procesus. Iš vaistinių pristatomas deguonis pagalvėse palengvina pacientų kančias. Ypač svarbu naudoti skystą deguonį kaip oksidatorių kosminių raketų varikliams. Pirmąjį kosmonautą Yu. A. Gagariną į kosmosą iškėlusios raketos nešiklio varikliai veikė skystuoju deguonimi.

Skystas vandenilis naudojamas kaip kuras kosminėse raketose. Pavyzdžiui, norint papildyti amerikietišką raketą „Saturn-5“, reikia 90 tonų skysto vandenilio.

Pramonėje, medicinoje ir kt. naudojamas dujas lengviau transportuoti, kai jos yra suskystintos, nes tokiu atveju tame pačiame tūryje yra didesnis medžiagos kiekis. Taip skystas anglies dioksidas plieniniuose balionuose pristatomas į gazuoto vandens gamyklas.

Skystas amoniakas plačiai naudojamas šaldytuvuose – didžiuliuose sandėliuose, kuriuose laikomi greitai gendantys produktai. Atšaldymas, atsirandantis išgaruojant suskystintoms dujoms, naudojamas šaldytuvuose transportuojant greitai gendančius produktus.