জুল-থমসন প্রভাব

তাপগতিবিদ্যায়,জুল–থমসন প্রভাব (যা জুল–কেলভিন প্রভাব বা কেলভিন–জুল প্রভাব নামেও পরিচিত) হলো এমন একটি প্রক্রিয়া যেখানে একটি বাস্তব গ্যাস বা তরলকে একটি ভালভ বা সছিদ্র প্লাগেরমধ্য দিয়ে উচ্চচাপ অঞ্চল থেকে নিম্নচাপ অঞ্চলে প্রসারিত হতে দিলে সেটির তাপমাত্রার পরিবর্তন ঘটে। এই পুরো প্রক্রিয়াটি একটি তাপ-অন্তরক Insulated পরিবেশে সম্পন্ন করা হয় যাতে বাইরের পরিবেশের সাথে কোনো তাপের আদান-প্রদান না ঘটে। এই পদ্ধতিটিকে থ্রোটলিং প্রক্রিয়া throttling process বা জুল-থমসন প্রক্রিয়া বলা হয়।

গ্যাস-কুলিং থ্রোটলিং প্রক্রিয়া সাধারণত এয়ার কন্ডিশনার, হিট পাম্প এবং লিকুইফায়ারগুলির মতো ফ্রিজে প্রক্রিয়াগুলিতে ব্যবহার করা হয়। হাইড্রোলিক্সে, জুল–থমসন থ্রোটলিংয়ের উষ্ণতর প্রভাবটি অভ্যন্তরীণভাবে ভালভগুলি খুঁজে পাওয়ার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে কারণ এগুলি তাপ উৎপাদন করে যা থার্মোকল বা থার্মাল-ইমেজিং ক্যামেরা দ্বারা শনাক্ত করা যায়। থ্রোটলিং একটি মৌলিকভাবে অপরিবর্তনীয় প্রক্রিয়া। সরবরাহের লাইন, হিট এক্সচেঞ্জার্স, রিজেনারেটর এবং (তাপ) মেশিনের অন্যান্য উপাদানগুলিতে প্রবাহ প্রতিরোধের কারণে থ্রোটলিং হল ক্ষতির একটি উৎস যা কার্য সম্পাদনকে সীমাবদ্ধ করে।^[১]^[২]^[৩] ^[৪] ^[৫]^[৬]

ইতিহাস

জেমস প্রেসকট জুল এবং উইলিয়াম থমসন, ১ম ব্যারন কেলভিনের নামানুসারে এই প্রভাবটির নামকরণ করা হয়েছিল, যিনি এটি ১৮৫২ সালে আবিষ্কার করেছিলেন। এটি জুল দ্বারা সম্প্রসারণ সম্পর্কে জুলের প্রথম কাজ অনুসরণ করেছিল, যেখানে একটি শূন্যে কোনও গ্যাস নিখরচায় বৃদ্ধি পায় এবং তাপমাত্রা অপরিবর্তিত থাকে, যদি আদর্শ গ্যাস হয়।

বিবরণ

গ্যাসের রুদ্ধতাপীয়(কোনও তাপের বিনিময় হয় না) বিস্তৃতি বিভিন্ন উপায়ে করা যেতে পারে। সম্প্রসারণের সময় গ্যাসের দ্বারা তাপমাত্রার পরিবর্তন কেবলমাত্র প্রাথমিক এবং চূড়ান্ত চাপের উপর নির্ভর করে না, পাশাপাশি যেভাবে সম্প্রসারণ করা হয় তার উপরও নির্ভর করে।

যদি প্রসারণ প্রক্রিয়াটি বিপরীতমুখী হয়, যার অর্থ গ্যাসটি সর্বদা তাপবিদ্যায়িত ভারসাম্যহীন অবস্থায় থাকে তবে একে আইসেন্ট্রোপিক সম্প্রসারণ বলা হয়। এই দৃশ্যে, গ্যাস সম্প্রসারণের সময় ইতিবাচক কাজ করে এবং এর তাপমাত্রা হ্রাস পায়।
অন্যদিকে, একটি মুক্ত সম্প্রসারণে, গ্যাস কোনও কাজ করে না এবং কোনও তাপ শোষণ করে না, তাই অভ্যন্তরীণ শক্তি সংরক্ষণ করা হয়। এই পদ্ধতিতে প্রসারিত, একটি আদর্শ গ্যাসের তাপমাত্রা স্থির থাকবে তবে খুব উচ্চ তাপমাত্রা ব্যতীত সত্যিকারের গ্যাসের তাপমাত্রা হ্রাস পেয়েছে|
এই নিবন্ধে আলোচিত সম্প্রসারণের পদ্ধতিটি, যেখানে গতিবেগ শক্তিতে উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন ছাড়াই চাপ P₁ এ অবস্থিত একটি গ্যাস বা তরল নিম্নচাপের P₂ অঞ্চলে প্রবাহিত হয়, তাকে জুল – থমসন সম্প্রসারণ বলা হয়। প্রসারণ সহজাতভাবে অপরিবর্তনীয়। এই সম্প্রসারণের সময়, এনথালপির অপরিবর্তিত রয়েছে (নীচে প্রমাণ দেখুন)। একটি নিখরচায় সম্প্রসারণের বিপরীতে, কাজটি করা হয়, যার ফলে অভ্যন্তরীণ শক্তির পরিবর্তন ঘটে। অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধি বা হ্রাস কিনা তা নির্ধারিত হয় ত্বকের উপর দিয়ে বা কাজটি করা হচ্ছে কিনা; এটি প্রসারণের প্রাথমিক এবং চূড়ান্ত অবস্থা এবং তরলের বৈশিষ্ট্য দ্বারা নির্ধারিত হয়।

জুল–থমসন সম্প্রসারণের সময় উৎপাদিত তাপমাত্রা পরিবর্তনটি জোল-

থমসন সহগ $\mu _{\mathrm {JT} }$ এই সহগটি হয় ধনাত্মক (শীতল করার সাথে সম্পর্কিত) বা নেতিবাচক (গরম) হতে পারে; প্রতিটি আণবিক নাইট্রোজেন,N₂এর জন্য যে অঞ্চলগুলি ঘটে সেগুলি চিত্রটিতে দেখানো হয়েছে। নোট করুন যে চিত্রটির বেশিরভাগ শর্ত N2 একটি সুপারক্রিটিকাল তরল হিসাবে সম্পর্কিত, যেখানে এটিতে গ্যাসের কিছু বৈশিষ্ট্য রয়েছে এবং কিছু তরল রয়েছে, তবে বাস্তবে এটি কোনওরূপে বর্ণিত হতে পারে না। সহগ খুব উচ্চ এবং খুব কম তাপমাত্রায় উভয় নেতিবাচক; খুব উচ্চ চাপে এটি সমস্ত তাপমাত্রায় নেতিবাচক।শূন্য চাপের কাছাকাছি আসার সাথে সাথে সর্বাধিক বিপরীত তাপমাত্রা (N₂[১০] এর জন্য ৬২১ কেলভিন) ঘটে।N₂ নিম্ন চাপে গ্যাসের জন্য,( $\mu _{\mathrm {JT} }$ )উচ্চ তাপমাত্রায় নেতিবাচক এবং কম তাপমাত্রায় ইতিবাচক। গ্যাস-তরল সহাবস্থান বক্ররেখার নীচে তাপমাত্রায২, এন 2 ঘন তরল গঠন করে এবং সহগ আবার নেতিবাচক হয়।সুতরাং, ৬২১ কেলভিন নীচের গ্যাসের জন্য,N₂ একটি জুল – থমসন প্রসারণ তরল N₂ গঠন না হওয়া পর্যন্ত গ্যাসকে শীতল করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।

জুল – থমসন (কেলভিন) সহগ

তথ্যসূত্র

↑ R. H. Perry and D. W. Green (১৯৮৪)। Perry's Chemical Engineers' Handbook। McGraw-Hill। আইএসবিএন ৯৭৮-০-০৭-০৪৯৪৭৯-৪।
↑ B. N. Roy (২০০২)। Fundamentals of Classical and Statistical Thermodynamics। John Wiley & Sons। বিবকোড:2002fcst.book.....N। আইএসবিএন ৯৭৮-০-৪৭০-৮৪৩১৩-০।
↑ W. C. Edmister, B. I. Lee (১৯৮৪)। Applied Hydrocarbon Thermodynamics। খণ্ড Vol. ১ (2nd সংস্করণ)। Gulf Publishing। আইএসবিএন ৯৭৮-০-৮৭২০১-৮৫৫-৬। {{বই উদ্ধৃতি}}: |খণ্ড=-এ অতিরিক্ত লেখা রয়েছে (সাহায্য)
↑ F. Reif (১৯৬৫)। "Chapter 5 – Simple applications of macroscopic thermodynamics"। Fundamentals of Statistical and Thermal Physics। McGraw-Hill। আইএসবিএন ৯৭৮-০-০৭-০৫১৮০০-১।
↑ A. W. Adamson (১৯৭৩)। "Chapter 4 – Chemical thermodynamics. The First Law of Thermodynamics"। A Textbook of Physical Chemistry (1st সংস্করণ)। Academic Press। এলসিসিএন 72088328।
↑ G. W. Castellan (১৯৭১)। "Chapter 7 – Energy and the First Law of Thermodynamics; Thermochemistry"। Physical Chemistry (2nd সংস্করণ)। Addison-Wesley। আইএসবিএন ৯৭৮-০-২০১-০০৯১২-৫।

[Perry-1] R. H. Perry and D. W. Green (১৯৮৪)। Perry's Chemical Engineers' Handbook। McGraw-Hill। আইএসবিএন ৯৭৮-০-০৭-০৪৯৪৭৯-৪।

[Roy-2] B. N. Roy (২০০২)। Fundamentals of Classical and Statistical Thermodynamics। John Wiley & Sons। বিবকোড:2002fcst.book.....N। আইএসবিএন ৯৭৮-০-৪৭০-৮৪৩১৩-০।

[Edmister-3] W. C. Edmister, B. I. Lee (১৯৮৪)। Applied Hydrocarbon Thermodynamics। খণ্ড Vol. ১ (2nd সংস্করণ)। Gulf Publishing। আইএসবিএন ৯৭৮-০-৮৭২০১-৮৫৫-৬। {{বই উদ্ধৃতি}}: |খণ্ড=-এ অতিরিক্ত লেখা রয়েছে (সাহায্য)

[4] F. Reif (১৯৬৫)। "Chapter 5 – Simple applications of macroscopic thermodynamics"। Fundamentals of Statistical and Thermal Physics। McGraw-Hill। আইএসবিএন ৯৭৮-০-০৭-০৫১৮০০-১।

[5] A. W. Adamson (১৯৭৩)। "Chapter 4 – Chemical thermodynamics. The First Law of Thermodynamics"। A Textbook of Physical Chemistry (1st সংস্করণ)। Academic Press। এলসিসিএন 72088328।

[6] G. W. Castellan (১৯৭১)। "Chapter 7 – Energy and the First Law of Thermodynamics; Thermochemistry"। Physical Chemistry (2nd সংস্করণ)। Addison-Wesley। আইএসবিএন ৯৭৮-০-২০১-০০৯১২-৫।

[১]

[২]

[৩]

[৪]

[৫]

[৬]