Эффект Джоуля — Томсона

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
 Просмотр этого шаблона  Статистическая физика
S = k_B \, \ln\Omega
Термодинамика
Молекулярно-кинетическая теория
См. также: Портал:Физика

Эффе́ктом Джо́уля — То́мсона называется изменение температуры газа при адиабатическом дросселировании — медленном протекании газа под действием постоянного перепада давлений сквозь дроссель (пористую перегородку). Данный эффект является одним из методов получения низких температур.

Изменение энергии[править | править исходный текст]

Изменение энергии газа в ходе этого процесса будет равно работе: U_2-U_1=P_1V_1-P_2V_2\ . Следовательно, из определения энтальпии (H=U+PV\ ) следует, что процесс изоэнтальпиен.

Изменение температуры[править | править исходный текст]

Изменение температуры при малом изменении давления (дифференциальный эффект) в результате процесса Джоуля — Томсона определяется производной \mu_{JT}=\left(\frac{\partial T}{\partial P}\right)_H, называемой коэффициентом Джоуля — Томсона. С помощью элементарных преобразований можно получить выражение для этого коэффициента:

\mu_{JT}=\left(\frac{\partial T}{\partial P}\right)_H=\frac{1}{C_P}\left[T\left(\frac{\partial V}{\partial T}\right)_P-V\right],

где C_p\  — теплоёмкость при постоянном давлении. Для идеального газа \mu_{JT}=0\ , а для реального газа он определяется уравнением состояния.

Если при протекании газа через пористую перегородку температура возрастает (\mu_{JT}<0\ ), то эффект называют отрицательным, и наоборот, если температура убывает (\mu_{JT}>0\ ), то процесс называют положительным. Температуру, при которой \mu_{JT}\ меняет знак, называют температурой инверсии.

Применение[править | править исходный текст]

  • Процесс Джоуля — Томсона используют для получения низких температур. Для этой цели обычно применяют интегральный процесс, при котором давление изменяется в широких пределах.
  • Измерение \mu_{JT}\ позволяет установить уравнение состояния газа.

См. также[править | править исходный текст]

Литература[править | править исходный текст]

  • Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Статистическая физика. Часть 1. — Издание 4-е. — М.: Наука, 1995. — («Теоретическая физика», том V).