关于焦耳－汤姆孙效应介绍

[拼音]：Jiao'er-Tangmusun xiaoying

[外文]：Joule-Thomson effect

指气体通过多孔塞膨胀后所引起的温度变化现象。1852年，英国物理学家J.P.焦耳和W.汤姆孙(即开尔文)为了进一步研究气体的内能，对焦耳气体自由膨胀实验作了改进。他们的实验装置类似如图1所示。C1、C2为两个可移动的绝热活塞。多孔塞一边维持一定的较高的压强p1，另一边维持在较低压强p2。缓慢地推动C1，气体从p1一边经多孔塞流向p2一边，同时亦缓慢地使C2向右移动，但保持p1，p2不变。这种过程叫节流过程。由于这过程是在绝热系统中进行，所作的净功应等于系统内能的改变。 于是在过程的前后有：U1+p1V1=U2+p2V2=恒量，即过程前后焓H相等。在这过程中，系统温度随压强改变的现象称为焦耳－汤姆孙效应，并把气体温度T随压强p的变化率定义为焦耳－汤姆孙系数

温度的改变由图中的两个灵敏温度计测出。气体从较高压强向较低压强膨胀时变冷，即μ＞0时的效应称致冷效应或正焦耳－汤姆孙效应；若μ＜0则为致热效应或负焦耳-汤姆孙效应。μ＝0的点称转变点，这时节流后温度无变化，称零焦耳－汤姆孙效应。理想气体所反映的始终是零焦耳-汤姆孙效应。对真实气体，若保持p1、T1不变，改变p2而得到一系列相应不同的T2，这样在T-p图上所得的曲线称等焓线。在不同的T1温度下重复这种测量可得一系列的等焓线，连接各条等焓线上的转变点所得到的轨迹称转换曲线(图2)。在转换曲线右边的区域是致热区，区内呈现出负焦耳－汤姆孙效应；左边是致冷区，区内呈现正焦耳－汤姆孙效应。所以，若节流过程发生在致冷区时，气体经节流后温度降低；发生在致热区时则温度升高。在致冷区内多次应用焦耳－汤姆孙效应，可使气体液化。在室温下若气体(如氢气)发生负焦耳－汤姆孙效应，则可先行预冷(例如对氢用液态空气预冷)使其温度降到致冷区，然后用上面方法使其液化。现在这种使气体液化的方法已被广泛采用。