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焦耳-汤姆逊效应

1852
  • James Prescott Joule
  • William Thomson (Lord Kelvin)
Laboratory apparatus demonstrating the Joule-Thomson effect in thermodynamics.

(图片仅供参考)

焦耳-汤姆逊效应(或焦耳-开尔文效应)描述了真实气体在绝热条件下(等焓过程)被强制通过阀门或多孔塞时的温度变化。 压力, 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.

这种效应源于克服分子间作用力所做的功(范德华力 当气体膨胀时,分子间作用力会显著增加。对于理想气体,分子间作用力可以忽略不计,焦耳-汤姆逊系数 μJT = (∂T/∂P)H 为零,这意味着温度不会发生变化。然而,对于实际气体而言,这些作用力非常显著。当气体膨胀时,分子间的平均距离会增加。如果吸引力占主导地位(例如在较低温度下),分子必须做功来克服这些作用力,将内部动能转化为势能,从而导致温度下降。相反,在高温下,排斥力可能占主导地位,膨胀会导致温度升高。这种效应由冷却转变为加热的温度称为反转温度。这一发现对于液化氧气和氮气等“永久性”气体至关重要,因为这些气体的反转温度非常低,需要预冷才能有效地进行节流。

UNESCO Nomenclature: 2212
– Thermodynamics

类型

Physical Principle

中断

Foundational

用法

广泛使用

前体

应用程序

专利:

NA

潜在创新理念

  • 用于量子计算处理器的片上微冷却器
  • 利用控制气体释放的自冷饮料罐
  • 用于即时冷冻镇痛的便携式医疗设备
  • advanced air separation units with enhanced efficiency through optimized throttling stages
  • 基于焦耳-汤姆逊的系统,用于直接从工业废气中捕获和液化二氧化碳
  • 低温 fuel cell systems for high-altitude drones
  • 用于实验室规模实验的微型液化器
  • 用于运输敏感生物样本的自制冷容器
  • 焦耳-汤姆森膨胀机集成到地热发电厂
  • 太空望远镜红外传感器的冷却系统
Related to: Joule-Thomson effect, throttling, isenthalpic process, inversion temperature, liquefaction, cryogenics, real gas, thermodynamics, refrigeration, Joule-Kelvin effect.

历史背景

焦耳-汤姆逊效应

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(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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