焦耳 - 汤姆森效应

joule-thomson效果是多少？

几年来，詹姆斯普雷斯科特焦耳和威廉汤姆森 - 两家物理学家 - 在合作中致力于进行的实验，旨在分析和推进热力学。1852年，研究人员发现了一个特别值得注意的发现。他们发现，由于阀门的突然压力变化，气体中可能在气体中发生温度变化。被称为焦耳 - 汤姆森效果（或有时候汤姆森 - 焦耳效果），这种现象在制冷系统以及液化剂，空调和热泵方面已经证明是重要的。当您从自行车轮胎中排出空气时，它也是负责轮胎阀门变冷的效果。

当流动的气体通过压力调节器时，可能发生与焦耳汤氏效应有关的温度变化，该压力调节器充当节流装置，阀门或多孔塞。这里，不一定是期望的温度变化。为了平衡任何Joule-Thomson相关温度变化，可以使用加热或冷却元件。

用于描述Joule-Thomson效果的符号的定义

在数学上分析Joule-Thomson效果之前，您需要熟悉用于描述效果的命名法。下表提供了相关命名的概述：

象征	数量	SI单位
	具体的焓
	热力
	温度
	压力
	特定的熵
	比容
	密度
	焦耳 - 汤姆森系数

了解焦耳 - 汤姆森效应

考虑下面的图像，描述通过从较高到较低压力状态的多孔，可渗透的插头扩展的气流，其具有热绝缘壁。

通过多孔塞子节流的示意图。 通过多孔塞子节流的示意图。

这是个绝热的节流过程。没有与环境交换的热量或机械工作。基本热力学定义可用于开发流程过程中的能量平衡进出多孔部分，1表示入口和2表示出口的入口：

^（1）

在哪里是焓和是速度（m / s）。这里，任何磁，电动和核能贡献都被忽略了。对于中等速度的气体流动，与任何焓变化相比，忽略动能变化是安全的：

^（2）

因此，很明显，该过程发生在恒定的焓 - 换句话说，它是Isenthalpic.。大多数工程师都记得从他们的教科书中，可以从材料性能热容量计算焓变，，作为

^（3）

此时，从上面的等式，一个人可能会跳到结论，如果是0，然后也必须是0，假设这一点永远不会0.这样的结论与汤姆森和焦耳的实验结果相矛盾。这两个物理学家发现一些气体实际上在节流时变化。但是怎么可以解释？答案在于一些热力学推理和概念理想的相对真实的气体。不幸的是，方程式。（3.）并不完全正确;它是理想气体（和液体）的特殊情况。

看着更全面的情况，是热力学状态功能。根据所谓的吉布斯的阶段规则，该功能必须在一个相中具有固定组合物的物质具有两度自由度。这意味着可以完全确定气体的状态，条件是已知恰好两个其他状态功能的值。可以通过确定另外两个任意状态函数来实现确定焓。选项包括：温度（），压力（），熵（），具体的体积（）或内部能量（）和更多。唯一的要求是二他们确定了。

这是一个使用温度和压力的示例：

一个小变化，，在焓将是链规则，是：

该指示代表偏衍生物关于，在哪里是选择的第二种自由度并保持恒定。这可以集成并替换为定义：

^（4）

右侧的第一个术语是理想气体的焓变，第二项是由于气体的非未婚性导致的额外贡献。这可以解释为必须施加的工作以克服分子间力量。根据定义，理想的气体没有分子间力。对于ISHALPIC过程，EQ。（4.）还有助于解释任何轻微的温度变化，因为它能够提供克服分子间力所需的确切热能转换量。

重新审视汤姆森和焦耳的实验，两名男子发现他们对恒定焓变为可衡量的东西的观察结果是不可能的：压力变化的温度变化是多少，持有焓固定多少？他们将其称为焦耳 - 汤姆森系数那：

^（5）

, and moves left along an isenthalp, passing through

, as well as possibly

and

. Depending on the start pressure and temperature and the final pressure, the temperature can either increase or decrease for a specific gas. The limiting line where a temperature increase changes to a decrease is called the inversion line.

在温度压力图中显示节流路径的图。ISenthalps由H =常数表示。节流过程的路径从一点开始，，并沿着iSenthalp留下，通过，以及可能和。根据起动压力和温度和最终压力，温度可以增加或减少特定气体。温度升高变为减少的限制线被称为反转线。
在温度压力图中显示节流路径的图。ISenthalps由H =常数表示。节流过程的路径从一点开始，，并沿着iSenthalp留下，通过，以及可能和。根据起动压力和温度和最终压力，温度可以增加或减少特定气体。温度升高变为减少的限制线被称为反转线。

汤姆森和焦耳表演了广泛的工作来衡量和收集普通气体的数据。制作方程。（4.）有用于实践，需要与可测量的数量有关。数学的循环定理说明

重新排列时，方程变为：

^（6）

插入eq。（6.）在方程碑中。（4.）提供以下内容：

^（7）

由于集成量可测量，因此该公式利用计算机程序或手动评估。

另一个有用的观察是对热容量的压力相关关系，，可以从测量的测量蒸馏数据。审查均衡。（6.），这可以解剖左侧的术语。将第一热力学定义与焓的定义相结合，，提供能量差异：

以衍生物相对于，在常数在双方，给予

^（8）

众所周知的吉布斯自由能量差异，，所谓的麦克斯韦尔关系（测试精确性），结果

^（9）

插入eq。（9.）在方程碑中。（8.）生产

^（10）

最后，插入eq。（10.）在方程碑中。（6.）爆发

^（11）

当我们访问非田径的状态时，，可以使用计算工具来评估此表达式。

joule-thomson效应和建议摘要

大多数在正常温度下的气体在节流时略微冷却，除了氢气和氦气。内部冷却发生，因为热量被转化为施加克服分子间力的工作。理想的气体关系无视任何分子间势力，从而误解了焦耳 - 汤姆森效应。因此，只依赖于使用计算工具的流量计算时依赖理想的气体律假设可能是有风险的。

许多工程教科书和手册包括焦耳 - 汤姆森效果的一节以及列表普通气体的数据。此信息可以应用于EQ的公式。（7.）并用于计算机仿真程序以及手工计算。
有关更准确的计算，您需要捕获可能的压力依赖性，替代路线是使用非裸释状态，，并评估，如eq。（11.）。

发布时间：2015年12月14日
最后修改：2018年3月1日

参考

Kenneth Wark，JR.，工程师的先进热力学（McGraw-Hill，Inc.，1995）

多发性Cyperopedia.

焦耳 - 汤姆森效应

joule-thomson效果是多少？

用于描述Joule-Thomson效果的符号的定义

了解焦耳 - 汤姆森效应

joule-thomson效应和建议摘要

参考