WikiDer > Joule-Thomson-Effekt

Joule-Thomson-Effekt: Ein Gas entspannt sich vom Druck p₁ und Temperatur T₁ p drücken₂ und Temperatur T₂

Druck p als Funktion der Temperatur T für ein zweiatomiges Gas

Es Joule-Thomson-Effekt ist in der Physik eine Beschreibung der Temperaturänderung eines Gases oder einer Flüssigkeit, die durch ein Ventil strömt oder poröser Stopfen gezwungen ohne Wärme mit der Umwelt ausgetauscht. Dies geschieht normalerweise über a Drosselklappe oder ein Joule-Thomson-Ventil.

Die Temperatur jedes nicht idealen Gases wird absteigen wenn bei Raumtemperatur der Druck adiabatisch ist reduziert.

Jedes Gas hat ein Joule-Thomson (Kelvin) Inversionstemperatur ab der die Temperatur bei konstanter Kompression bei ansteigt Enthalpie, und unter die die Temperatur infolge der Expansion sinkt Die Inversionstemperatur hängt vom Druck ab.

Der Joule-Thomson-Effekt wird durch zwei gegensätzliche physikalische Phänomene verursacht:

Wenn sich ein Gas ausdehnt, ist der durchschnittliche Abstand zwischen den Moleküle oben. Als Folge der Van-der-Waals-Kräfte die Expansion bewirkt eine Erhöhung der potenzielle Energie des Gases. Wenn es keine gibt Arbeit durchgeführt und keine Wärme abgeführt wird, bleibt die Gesamtenergiemenge aufgrund der Energieerhaltungssatz. Somit führt die Zunahme der potentiellen Energie zu einer Abnahme von kinetische Energie und damit Temperaturabfall.

Ein gleichzeitig auftretendes zweites Phänomen hat jedoch den gegenteiligen Effekt. Wenn Moleküle kollidieren, wird kinetische Energie vorübergehend in potentielle Energie umgewandelt. Da der durchschnittliche Abstand zwischen den Molekülen zugenommen hat, nimmt die Anzahl der Stöße pro Zeiteinheit ab, so dass die durchschnittliche potentielle Energie abnimmt. Dies führt aufgrund des Energieerhaltungssatzes zu einer Erhöhung der kinetischen Energie (Temperatur). Unterhalb der Joule-Thomson-Inversionstemperatur überwiegt der erste Effekt und die freie Expansion verursacht eine Temperaturabnahme. Oberhalb der Inversionstemperatur bewegen sich die Moleküle schneller und es gibt weniger Kollisionen, daher dominiert der zweite Effekt: Die Joule-Thomson-Expansion bewirkt eine Temperaturerhöhung.

Der Effekt ist benannt nach James Prescott Joule und William Thomson (besser bekannt als Lord Kelvin). Letzterer entdeckte die Wirkung in 1852 nach Joules früherer Arbeit zur Gasexpansion im Vakuum.