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Effet Joule-Thomson

1852
  • James Prescott Joule
  • William Thomson (Lord Kelvin)
Appareil de laboratoire démontrant l'effet Joule-Thomson en thermodynamique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

L'effet Joule-Thomson (ou effet Joule-Kelvin) décrit la variation de température d'un gaz réel lorsqu'il est forcé de traverser une vanne ou un bouchon poreux tout en restant isolé (transformation isenthalpique). pression, a gas has an inversion temperature. If expanded below this temperature, it cools; if expanded above it, it heats up. This cooling effect is a cornerstone of modern refrigeration and liquefaction.

Cet effet résulte du travail effectué contre les forces intermoléculaires (van der Waals Lors de la détente d'un gaz, les forces intermoléculaires s'exercent sur les molécules. Pour un gaz parfait, où ces forces sont négligeables, le coefficient de Joule-Thomson [latex]mu_{JT} = (frac{partial T}{partial P})_H[/latex] est nul, ce qui signifie qu'il n'y a pas de variation de température. Cependant, pour les gaz réels, ces forces sont significatives. Lorsqu'un gaz se détend, la distance moyenne entre les molécules augmente. Si les forces attractives dominent (comme c'est le cas à basse température), les molécules doivent fournir un travail pour les vaincre, convertissant leur énergie cinétique interne en énergie potentielle, ce qui entraîne une diminution de la température. Inversement, à haute température, les forces répulsives peuvent dominer, et la détente peut alors provoquer une augmentation de température. La température à laquelle l'effet passe du refroidissement au chauffage est la température d'inversion. Cette découverte a été cruciale pour la liquéfaction des gaz « permanents » comme l'oxygène et l'azote, qui ont des températures d'inversion très basses, nécessitant un pré-refroidissement avant que la détente puisse être efficace.

UNESCO Nomenclature: 2212
– Thermodynamique

Taper

Principe physique

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Première loi de la thermodynamique (la conservation de l'énergie)
  • Concept d'énergie interne dans les gaz
  • Expériences antérieures de Joule sur la libre dilatation des gaz (dilatation de Joule)
  • Théories sur les forces intermoléculaires (forces de Van der Waals)

Applications

  • Cycle de Hampson-Linde for air liquefaction
  • cryoréfrigérateurs
  • réfrigérateurs et systèmes de climatisation
  • liquéfaction de l'hydrogène et de l'hélium
  • sondes de cryochirurgie

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • micro-refroidisseurs sur puce pour processeurs informatiques quantiques
  • canettes de boisson auto-réfrigérantes utilisant une libération de gaz contrôlée
  • dispositifs médicaux portables pour la cryo-analgésie instantanée
  • advanced séparation de l'air units with enhanced efficiency through optimized throttling stages
  • systèmes basés sur la théorie Joule-Thomson pour capturer et liquéfier le CO2 directement à partir des gaz d'échappement industriels
  • cryogénique fuel cell systems for high-altitude drones
  • liquéfacteurs miniatures pour expériences à l'échelle du laboratoire
  • conteneurs auto-réfrigérants pour le transport d'échantillons biologiques sensibles
  • expanseurs Joule-Thomson intégrés aux centrales géothermiques
  • systèmes de refroidissement pour capteurs infrarouges sur télescopes spatiaux
Related to: Joule-Thomson effect, throttling, isenthalpic process, inversion temperature, liquefaction, cryogénie, real gas, thermodynamics, refrigeration, Joule-Kelvin effect.

Contexte historique

Effet Joule-Thomson

1850
1850
1851
1852
1859
1860
1861
1850
1850
1850
1851
1854
1859
1861
1865

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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