Joule-Thomson-Effekten

Detta inträffar exempelvis då en sådan gas passerar en ventil eller en porös plugg i ett rör. Väte, helium och neon utgör undantag i detta avseende och dessa gaser värms istället när de expanderar vid dessa temperaturer. (För väte vid temperaturer under ca 200 K och för helium under ca 32–50 K sker dock en temperatursänkning vid expansion av dessa gaser och dessa temperaturer kallas Joule-Thomsons inversionstemperatur.)

Effekten upptäcktes av James Prescott Joule och William Thomson (Lord Kelvin) år 1853.

Temperaturförändringen vid en viss tryckförändring i en Joule-Thomsonprocess (vid konstant entalpi H) utgör Joule-Thomson (Kelvin)-koefficienten ${\displaystyle \mu _{\mathrm {JT} }}$. Denna koefficient kan uttryckas i termer av gasens specifika volym ${\displaystyle V}$, dess värmekapacitet vid konstant tryck ${\displaystyle C_{\mathrm {p} }}$, och dess termiska expansionskoefficient ${\displaystyle \alpha }$ enligt:

${\displaystyle \mu _{\mathrm {JT} }=\left({\partial T \over \partial P}\right)_{H}={\frac {V}{C_{\mathrm {p} }}}(\alpha T-1)\,}$

Värdena för ${\displaystyle \mu _{\mathrm {JT} }}$ uttrycks normalt i enheten °C/bar (eller med SI-enheter: K/Pa) och beror på slag av gas och på temperatur och tryck för gasen före expansion. Joule-Thomson-koefficientens tryckberoende för olika gaser är normalt bara några procent för trycknivåer upp till 100 bar.

Alla verkliga gaser har en inversionspunkt vid vilken värdet för ${\displaystyle \mu _{\mathrm {JT} }}$ ändrar tecken. Temperaturen vid denna punkt kallas Joule–Thomsons inversionstemperatur och beror på trycket för gasen före expansion.

Helium och väte är två gaser vars Joule–Thomsons inversionstemperaturer vid tryck av 1 bar är mycket låga (t.ex. runt 40 K, −233 °C för helium). Därför gäller att helium och vätgas värms upp vid expansion vid konstant entalpi vid rumstemperatur. Å andra sidan har kvävgas och syrgas inversionstemperaturer på 621 K (348 °C) respektive 764 K (491 °C) varför dessa gaser kan kylas från rumstemperatur vid expansion.

För en ideal gas är ${\displaystyle \mu _{\text{JT}}}$ alltid lika med noll: ideala gaser varken värms eller kyls vid expansion vid konstant entalpi.

•   Wiki Commons har media som rör Joule-Thomson-effekten.
  Bilder & media