焦耳－湯姆孫效應

焦耳－湯姆孫效應

正文

指氣體通過多孔塞膨脹後所引起的溫度變化現象。1852年，英國物理學家J.P.焦耳和W.湯姆孫(即開爾文)為了進一步研究氣體的內能，對焦耳氣體自由膨脹實驗作了改進。他們的實驗裝置類似如圖1所示。C1、C2為兩個可移動的絕熱活塞。多孔塞一邊維持一定的較高的壓強p1，另一邊維持在較低壓強p2。緩慢地推動C1,氣體從p1一邊經多孔塞流向p2一邊,同時亦緩慢地使C2向右移動,但保持p1,p2不變。這種過程叫節流過程。由於這過程是在絕熱系統中進行，所作的淨功應等於系統內能的改變。 於是在過程的前後有：U1+p1V1=U2+p2V2=恆量,即過程前後焓H相等。在這過程中，系統溫度隨壓強改變的現象稱為焦耳－湯姆孫效應，並把氣體溫度T隨壓強p的變化率定義為焦耳－湯姆孫係數

溫度的改變由圖中的兩個靈敏溫度計測出。氣體從較高壓強向較低壓強膨脹時變冷，即μ＞0時的效應稱致冷效應或正焦耳－湯姆孫效應；若μ＜0則為致熱效應或負焦耳-湯姆孫效應。μ＝0的點稱轉變點,這時節流後溫度無變化，稱零焦耳－湯姆孫效應。理想氣體所反映的始終是零焦耳-湯姆孫效應。對真實氣體,若保持p1、T1不變,改變p2而得到一系列相應不同的T2，這樣在T-p圖上所得的曲線稱等焓線。在不同的T1溫度下重複這種測量可得一系列的等焓線，連線各條等焓線上的轉變點所得到的軌跡稱轉換曲線(圖2)。在轉換曲線右邊的區域是致熱區，區內呈現出負焦耳－湯姆孫效應；左邊是致冷區，區內呈現正焦耳－湯姆孫效應。所以，若節流過程發生在致冷區時，氣體經節流後溫度降低；發生在致熱區時則溫度升高。在致冷區內多次套用焦耳－湯姆孫效應，可使氣體液化。在室溫下若氣體(如氫氣)發生負焦耳－湯姆孫效應，則可先行預冷(例如對氫用液態空氣預冷)使其溫度降到致冷區，然後用上面方法使其液化。現在這種使氣體液化的方法已被廣泛採用。

焦耳－湯姆孫效應

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配圖

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