В нашей школе на уроках физики мы делаем больше, чем просто изучаем законы природы. Мы погружаемся в увлекательный мир знаний, связывая теорию с практическими примерами, которые делают занятия интерактивными и увлекательными. Наша цель — показать каждому ученику, как физика применяется в повседневной жизни, а это помогает лучше понять и запомнить материал.
Представьте, как вы открываете для себя магию работы холодильника, кондиционера или газового баллона! На уроках физики изучаются не только теория, но и вполне практические явления, с которыми мы встречаемся ежедневно. В среднем звене изучаются причинно-следственные связи, которые заложены в работу устройства, в старших классах физические законы описываем математическими уравнениями, которые погружают учеников на совсем иной уровень изучения физики и позволяют решать разные практико-теоретические задачи. Сегодня мы хотим поделиться с вами секретами и раскрыть мифы, укрепляя знания о том, как работают эти устройства и какие физические принципы стоят за ними. На уроках мы изучаем один из ключевых, но малоизвестных эффектов, без которого не обходятся системы охлаждения, — эффект Джоуля-Томсона. Именно он позволяет газам охлаждаться при расширении, что используется в холодильной технике и газовых системах.
Что же это такое - эффект Джоуля-Томсона?
Этот эффект был открыт в середине XIX века учеными Джеймсом Джоулем и Уильямом Томсоном (лордом Кельвином). Он заключается в том, что при адиабатическом расширении газа (то есть без теплообмена с окружающей средой) его температура может изменяться.
Основная идея проста: если газ под высоким давлением проходит через узкое отверстие или пористый материал, его давление резко падает. При этом внутренняя энергия газа перераспределяется, и он либо охлаждается, либо нагревается, в зависимости от его природы.
Большинство газов (включая воздух, углекислый газ и фреон) охлаждаются при расширении. Но водород и гелий при комнатной температуре наоборот нагреваются! Это связано с взаимодействием молекул газа: у большинства газов молекулы притягиваются друг к другу, и для их разлета при расширении требуется энергия, что ведет к охлаждению.
Проще всего понять эффект Джоуля-Томсона, узнав, как он применяется в быту.
- Работа холодильника и кондиционера
Холодильник работает по принципу циклического сжатия и расширения газа (чаще всего хладагента, например, фреона). В компрессоре газ сжимается, его температура повышается. Затем он проходит через радиатор, где тепло отдается окружающей среде. После этого газ расширяется через дроссель, и в этот момент он резко охлаждается. Охлажденный газ поглощает тепло из внутреннего пространства холодильника, создавая холод. - Газовые баллоны и спреи
Если вы когда-либо пользовались баллончиком со сжатым газом, например, лаком для волос или баллончиком с очищающим воздухом, то, возможно, замечали, что после нескольких нажатий он становится холодным. Это и есть эффект Джоуля-Томсона: газ под давлением расширяется и охлаждается, охлаждая сам баллон. - Процесс сжижения газов
Эффект используется для получения жидких газов, таких как жидкий кислород, азот и природный газ. Их сжижают для транспортировки и хранения — без этого авиация, медицина (кислородные баллоны) и топливная промышленность не смогли бы работать. Хотя мы редко задумываемся об этом эффекте, он буквально окружает нас в повседневной жизни. Без него не существовало бы современных холодильников, кондиционеров, спреев и даже космических технологий, где управление температурами играет критически важную роль.
Не упускайте возможность открыть для себя физику с новой стороны!
