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Joule-Thomson Experiment
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Biographie J. P. Joule
*24. Dezember 1818 in Salford, Manchester 3. Sohn eines Bierbrauers Privatunterricht (angeborenes Rückenleiden) bis zum 15. Lj Ab 16. Lj Studium der Mathematik und
Naturwissenschaften bei John Dalton
1847 Zusammenarbeit mit W. Thomson 1850 Mitglied der Royal Society † 11. Oktober 1889 in Sale, Manchester
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Joule‘s Forschung
1840 Joulesche Gesetz
1843 Mechanische Wärmeäquivalenz (Nm → cal) (Beweis für Energieerhaltung; R. Mayer 1841)
1846 Jouleeffekt (Magnetostriktion)
1852/53 Joule-Thomson-Effekt
Joule-Prozess
tIRW 2
Joule‘s Apparatur zur Messung der Wärmeäquivalenz
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Biographie – W. Thomson
*26. Juni 1824 in Belfast, Nordirland 1846-1899 Professor für
theoretischePhysik in Glasgow
1890-1895 Präsident der Royal Society
1892 in den erblichen Adelsstand erhoben: 1. Baron Kelvin, of Largs
† 17. Dezember 1907 in Netherhall, Schottland
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Thomson‘s Forschung
1848 Arbeit zur Thermodynamik:Einführung der Kelvin-Skala
1852 Joule-Thomson-Effekt Atlantik-Tiefseetelegraphenkabel 1872 Gezeitenrechenmaschine über 70 Patente auf
verschiedenste Erfindungen
Vermächtnis: „Kelvin“ SI-Einheit der Temperatur
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Das Experiment
1 Wärmetauscher 2 Schraubverschluss 3 PVC-Schlauch4 Manometer 5 Druckbehälter 6 Glasfritte 7
Behälter mit pUmgebung 8 Belüftung 9 Schraubverschluss10 Schlaucholive
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Das Experiment
Aus Gasflasche wird Gas (CO2 und N2) geleitet.
Mit Hilfe einer Stellschraube wird der Druck im Expansionsgefäß langsam in 100 mbar Schritten erhöht
Messung der Temperaturdifferenz
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Das Experiment Ideale Gase
- Größe der Teilchen ist vernachlässigbar verglichen mit zurückgelegter Wegstrecke
- Einzige Wechselwirkung besteht in kurzzeitigen, seltenen, elastischen Stößen
Reale Gase
- Wechselwirkungen zwischen den Teilchen
- EKin ~ T
- Expansion:
Ein Teil von EKin wird in EPot umgewandelt → v von Molekülen verringert sich → T sinkt
Überwiegen Anziehungskräfte → Kondensation
2
Vna
bnVTRp
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Das Experiment Joule-Thomson Koeffizient
- Joule-Thomson Inversionstemperatur
HpT
P. Atkins, „Physikalische Chemie“
TJT [°C]Kohlendioxid 1227Sauerstoff 491Luft 330Wasserstoff -71Helium -233
400
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Linde-Verfahren
Abkühlung von Gasen bis zur Verflüssigung
Voraussetzung:positiver Joule-Thomson-Koeffizient
Herstellung flüssiger Luft H2- oder He-Verflüssigung:
Gas muss erst unter die Inversionstemperatur gekühlt werden
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Praktische Anwendungen
Kältemaschine
Luftzerlegungsanlagen
Spraydose
unerwünschten Vereisungen von Pipelines
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Literaturhinweis
P. Atkins, J. de Paula; Physikalische Chemie, 4. Auflage; WILEY-VCH Verlag; 2006
http://de.wikipedia.org/wiki/James_Prescott_Joule http://de.wikipedia.org/wiki/William_Thomson,_1._Baron_Kelvin http://de.wikipedia.org/wiki/Joule-Thomson-Effekt
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