Эффект Джоуля-Томсона

Статистическая физика

$S = k_B \, \ln\Omega$

Термодинамика Молекулярно-кинетическая теория Статистики Максвелла-Больцмана Бозе-Эйнштейна · Ферми-Дирака Parastatistics · Anyonic statistics Braid statistics Ансамбли Микроканонический ·Канонический Большой канонический Изотермо-изобарический Изоэнатльпи-изобарический Термодинамика Уравнение состояния · Цикл Карно ·Закон Дюлонга — Пти Модели Модель Дебая ·Эйнштейна ·Модель Изинга Потенциалы внутренняя энергия ·Энтальпия Свободная энергия Гельмгольца потенциал Гиббса · Большой термодинамический потенциал Известные учёные Максвелл ·Гиббс ·Больцман

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

Изменение энергии газа в ходе этого процесс будет равно работе: E₂ − E₁ = P₁V₁ − P₂V₂. Следовательно, из определения энтальпии (H = E + PV), следует, что процесс изоэнтальпиен.

Изменение температуры

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 μ_JT = 0, а для реального газа он определяется уравнением состояния. Если при протекании газа через пористую перегородку температура возрастает (μ_JT < 0), то эффект называют отрицательным, и наоборот, если температура убывает (μ_JT > 0, то процесс называют положительным. Температура, при которой μ_JT меняет знак, называют температурой инверсии.

Применение

Процесс Джоуля-Томсона используют для получения низких температур. Для этой цели обычно применяют интегральный процесс, при котором давление изменяется в широких пределах. Изменение μ_JT позволяет установить уравнение состояния.

Рекомендуемая литература

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