Mixture Cooling by Reversible Expansion क्या होता है?

यह एक thermodynamic प्रक्रिया है जिसमें किसी gas या gas mixture को isentropic (reversible adiabatic) रूप से expand किया जाता है। इस expansion के दौरान gas का temperature घटता है, जिससे वह mixture को cool करती है।

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🔹 Basic Principle

जब gas को किसी insulated system में बिना heat exchange (adiabatic) के और reversible तरीके से expand किया जाता है, तो:

• Gas का internal energy घटता है
• Temperature reduce होता है
• Cooling effect generate होता है

यह process isentropic expansion कहलाती है, जिसमें entropy constant रहती है।

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🔹 Thermodynamic Relation

Ideal gas के लिए isentropic expansion में temperature और pressure का संबंध:

T₂ / T₁ = (P₂ / P₁)^(γ-1)/γ

जहां:

• T₁, T₂ = Initial और final temperatures (K)
• P₁, P₂ = Initial और final pressures
• γ = Cp/Cv (specific heat ratio)

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🔹 Application: Gas Mixture Cooling

Gas expansion का उपयोग तब किया जाता है जब हमें gas mixture को low temperature तक cool करना हो। यह principle निम्न जगहों पर उपयोग होता है:

• Gas liquefaction (जैसे helium, oxygen, nitrogen)
• Joule-Thomson refrigeration process
• Cascade refrigeration systems

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🔹 Key Features

• Work is done by the gas on surroundings (expansion work)
• External energy input की जरूरत नहीं होती
• Highly efficient cooling method in cryogenics

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🔹 Example (Conceptual)

मान लीजिए gas का initial temperature 300 K और pressure 10 bar है। Isentropic expansion से pressure 2 bar तक कम किया जाता है। अगर γ = 1.4 है:

T₂ = 300 × (2/10)^0.2857 ≈ 218 K

यानी temperature में significant drop (82 K) होता है। यही cooling effect है।

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🔹 निष्कर्ष (Conclusion)

Mixture cooling by gas reversible expansion एक efficient refrigeration technique है, जो खासकर cryogenic और industrial gas cooling में उपयोग होती है। इसमें external heat नहीं दिया जाता, बल्कि gas की internal energy में कमी से ही cooling होता है।