
【化】 Joule-Kelvin effect
joule
【化】 joule
【醫】 joule
unclose
【化】 carat
【醫】 carat
like so; you
character; civil; gentle; language; paint over; writing
effect
【醫】 effect
焦耳-開爾文效應(Joule-Thomson effect)是熱力學中的經典現象,描述氣體在經曆節流膨脹(throttling process)時溫度隨壓力變化的特性。該效應由英國物理學家詹姆斯·焦耳與威廉·湯姆孫(即開爾文勳爵)于1852年通過實驗首次系統研究。
在絕熱條件下,氣體通過多孔塞或閥門從高壓區流向低壓區時,因分子間作用力與動能轉換,溫度會發生變化。溫度變化方向由氣體的轉換溫度(inversion temperature)決定:若氣體初始溫度低于轉換溫度,膨脹後溫度下降;反之則升高。
焦耳-湯姆孫系數$mu{mathrm{JT}}$定量描述了這一效應: $$ mu{mathrm{JT}} = left( frac{partial T}{partial P} right)H $$ 其中$T$為溫度,$P$為壓力,$H$為焓。理想氣體的$mu{mathrm{JT}}=0$,實際氣體因分子間作用力而表現出非零值。
焦耳-開爾文效應(也稱焦耳-湯姆孫效應)是氣體在絕熱條件下通過節流裝置(如多孔塞、閥門等)時溫度發生變化的物理現象。該效應由英國物理學家詹姆斯·焦耳與威廉·湯姆孫(即開爾文勳爵)于1852年共同發現。
等焓過程:氣體在節流膨脹過程中保持焓值不變,即初态焓(H₁)等于終态焓(H₂),數學表達式為: $$ H_1 = U_1 + p_1V_1 H_2 = U_2 + p_2V_2 H_1 = H_2 $$ 其中,U為内能,p為壓強,V為體積。
溫度變化機制:
該效應揭示了實際氣體與理想氣體的差異,為熱力學研究提供了重要實驗依據,并推動了19世紀熱力學理論的完善。
注:該效應名稱中的“開爾文”源于威廉·湯姆孫的爵位稱號,因此也被稱為焦耳-湯姆孫效應。
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