Termodynamika obniżania temperatury.

Od Autorów / 7

1 Pojęcia podstawowe / 11
1.1 Wielkości – definicje i oznaczenia / 11
1.2 Zasady zachowania i funkcje termodynamiczne / 16
1.2.1 Zasada zachowania substancji (masy) / 16
1.2.2 Zasada zachowania energii – bilans energii / 18
1.2.3 Zasada zachowania pędu / 21
1.3 Pierwsza zasada termodynamiki / 22
1.4 Praca mechaniczna / 25
1.4.1 Praca bezwzględna (objętościowa) / 25
1.4.2 Praca użyteczna / 27
1.4.3 Praca techniczna, indykowana, wewnętrzna, efektywna / 28
1.5 Druga zasada termodynamiki / 31
1.6 Podstawowe zależności termodynamiczne / 35
1.7 Pojęcia uzupełniające / 41

2 Przemiany termodynamiczne / 47
2.1 Rodzaje przemian fazowych / 47
2.1.1 Termodynamika przejść fazowych / 51
2.1.2 Wrzenie i skraplanie / 56
2.1.3 Wykresy fazowe / 60
2.1.4 Szczególne przypadki wykresów fazowych / 64
2.2 Przemiany termodynamiczne / 65
2.2.1 Przemiana izotermiczna / 65
2.2.2 Przemiana izochoryczna / 67
2.2.3 Przemiana izobaryczna / 68
2.2.4 Przemiana izentropowa / 69
2.2.5 Przemiana adiabatyczna dq = 0 / 72
2.2.6 Przemiana politropowa / 73
2.3 Topnienie lodu / 74
2.4 Sublimacja / 78
2.4.1 Suchy lód – stały dwutlenek węgla / 79

3 Roztwory i mieszaniny oziębiające / 81
3.1 Roztwory dwuskładnikowe – pojęcia podstawowe / 81
3.2 Roztwory doskonałe / 83
3.3 Roztwory rzeczywiste / 87
3.3.1 Ciepło mieszania roztworu / 90
3.3.2 Entalpia roztworu / 94
3.3.3 Właściwa pojemność cieplna roztworu / 96
3.3.4 Entropia roztworu / 96
3.4 Mieszaniny eutektyczne / 97
3.4.1 Chłodzenie lodem z solą / 98
3.5 Lód z roztworów eutektycznych / 108
3.6 Solanki – nośniki zimna / 109
3.6.1 Zasady doboru solanek / 111
3.7 Lód binarny (zawiesina lodowa) / 113
3.7.1 Własności fizyczne i cieplne zawiesiny lodowej / 114
3.8 Specjalne wykresy równowagi fazowej / 117
3.9 Proces wrzenia roztworu dwuskładnikowego / 120
3.10 Proces skraplania roztworu dwuskładnikowego / 124

4 Oziębianie przez ekspansję gazów. Proces s = const / 127
4.1 Ekspansja gazu doskonałego / 127
4.1.1 Spadek temperatury podczas ekspansji gazu w przemianach politropowych / 128
4.1.2 Ciepło przemiany politropowej / 130
4.2 Ekspansja gazu rzeczywistego / 136

5 Swobodny wypływ sprężonego gazu / 141

6 Ekspansja gazu przez dławienie. Efekt Joule’a–Thomsona / 145
6.1 Elementarny różniczkowy efekt Joule’a–Thomsona / 146
6.2 Krzywa inwersji / 148
6.3 Izotermiczny efekt dławienia / 154
6.4 Całkowy efekt Joule’a–Thomsona / 156
6.5 Wartości elementarnego efektu Joule’a–Thomsona / 158
6.6 Efekt dławienia w skraplarkach Joule’a–Thomsona / 162
6.7 Efekt dławienia w ziębiarkach sprężarkowych / 164
6.7.1 Rurki kapilarne / 164
6.7.2 Proces dławienia ziębnika w rurce kapilarnej / 165
6.7.3 Proces dławienia dwufazowego ziębnika / 168
6.7.4 Diabatyczność procesu dławienia. Wpływ wymiany ciepła / 171
6.7.5 Warunki powstawania przepływów krytycznych / 174

7 Efekt wirowy / 183
7.1 Podstawy teoretyczne działania rury wirowej Ranque’a / 184
7.2 Ocena pracy rury Ranque’a / 187
7.3 Geometria rury wirowej / 189
7.4 Wpływ parametrów gazu zasilającego na charakterystyki pracy rury wirowej / 191
7.5 Rura Ranque’a w systemie ziębienia / 194
7.6 Obliczanie i projektowanie efektu wirowego i rury Ranque’a / 195

8 Efekt termoelektryczny / 199
8.1 Zjawiska termoelektryczne / 199
8.2 Termodynamika ziębniczego i grzejnego obiegu termoelektrycznego / 202
8.3 Parametry pracy termoelementu / 209
8.3.1 Maksymalna wydajność ziębnicza termoelementu Q0 max / 210
8.3.2 Maksymalna wartość współczynnika efektywności ziębniczej εmax / 211
8.3.3 Parametry geometryczne termoelementu / 214
8.3.4 Optymalne warunki pracy termoelementu / 215
8.4 Własności materiałów termoelektrycznych / 216
8.4.1 Przewodność elektryczna / 217
8.4.2 Przewodność cieplna / 219
8.4.3 Współczynnik siły termoelektrycznej / 220
8.4.4 Maksymalizacja wartości parametru Z / 221
8.5 Straty energetyczne urządzenia termoelektrycznego / 224
8.5.1 Stopień doskonałości termobaterii / 226
8.5.2 Straty układu zasilania / 227

9 Rozcieńczanie 3He w 4He / 231

10 Oziębianie przez adiabatyczne zestalanie 3He / 237

11 Desorpcja gazów / 243
11.1 Podstawowe zależności i teoria adsorpcji / 243
11.2 Desorpcja helu / 249

12 Rozmagnesowanie adiabatyczne / 251
12.1 Energia namagnesowania / 252
12.2 Substancje paramagnetyczne / 253
12.3 Zjawisko magnetokaloryczne / 255
12.4 Teoria rozmagnesowania adiabatycznego / 257
12.5 Realizacja procesu / 261
12.6 Najniższe temperatury. Rozmagnesowanie jądrowe / 265

Bibliografia / 267
Abstract / 271