关于抽真空可否降温的探讨

摘要:

 低温技术在现代科学技术中有着重要的应用，实验室中获得低温的方法有很多：相变制冷，膨胀制冷，热电制冷，辐射制冷，磁制冷等等。这里主要对抽真空可否制冷以及生活中抽真空应用的相关问题作出探讨。

关键词：低温技术 抽真空 探讨 应用

Abstract:

Low temperature technology in modern science and technology has an important application in the laboratory for low temperature method has a lot of: phase change cooling, expansion refrigeration, thermoelectric refrigeration, radiation refrigeration, magnetic refrigeration, etc. Here mainly to the vacuum can refrigeration and life of the application of vacuum related issues to explore.

Keywords: Cryogenic technology, vacuum, discussed, and application

正文：

       体积为V1的容器内装有压强为P的气体，容器绝热。设有另外一体积无限大的绝热容器2，用导管将两容器导通。容器1中的气体将会向容器2 中扩散，该过程等同于气体的绝热膨胀过程。如果把该过程看做是准静态的，已知在准静态绝热过程气体的熵S保持不变。

由范式方程       

知   S=S(T,P,V)

取T,P为自由变量，有

由熵不变，可知

  即 

偏导数间存在以下关系

又麦氏关系

以及体胀系数

可得

上式即为在准静态绝热过程中气体的温度随压强的变化率，上式右方是恒正的，所以，在抽真空过程中，随着气体体积膨胀压强降低，气体的温度必然下降。

以上讨论属于理想状态下的讨论，未考虑到容器器壁的辐射所引起的温度变化。已知空窖辐射的内能密度和内能密度按辐射的分布只可能是温度的函数，辐射压强p和辐射能量密度u之间的关系：

将窖内平衡辐射看作热力学系统，选温度T和体积V为状态参量。由于空窖辐射式均匀的，其内能密度只是温度T的函数，空窖辐射的内能U(T,V)可以表为

U(T,V)=u(T)V

利用热力学公式

可得

即

积分得

其中a是积分常数。

有

由此可以看出当容器内压强减小时温度随之降低。

综合以上所诉，我们可以得出，抽真空可以降温。

•参考资料：

• 《热力学 统计物理》（第四版）汪志诚注