§ 61. Процесс Джоуля — Томсона

Так называется процесс перетекания газа через маленькое отверствие из области большого давления в область меньшего давления Сосуд, в котором происходит процесс теплоизолирован от окружающей среды.

По условию процесса давления должны поддерживаться неизменными. Для этого оба поршня (рис. 80) должны передвигаться вправо по мере перехода газа.

Рис. 80.

Масса газа перешедшая слева направо, не сохраняет своего объема, а изменяет его с до поскольку переходит в область с другим давлением. Переход совершается действием левого поршня и при противодействии правого. Левый поршень совершает работу при постоянном давлении она равна где изменение объема газа слева от перегородки. Но объем слева изменился как раз на значит, работа левого поршня равна Правый поршень совершает отрицательную работу, также равную произведению давления на приращение объема, которое равно здесь Итак, при переходе массы газа слева направо совершается работа Закон сохранения энергии требует, чтобы на такую же величину изменилась внутренняя энергия газа. Следовательно,

формула справедлива для любой массы газа. Значит, в процессе перехода газа из одного сосуда в другой величина

(ее называют тепловой функцией, или энтальпией) остается неизменной.

У идеального газа как так и зависят только от температуры. Значит, в процессе Джоуля — Томсона температура идеального газа остается неизменной.

Иначе обстоит дело для реальных газов. Если газ нельзя считать идеальным, то он может как нагреваться, так и охлаждаться в процессе Джоуля — Томсона, в зависимости от характера сил взаимодействия между молекулами.

Замечательным является то обстоятельство, что при разных температурах один и тот же газ может вести себя различно. При высокой температуре газы в процессе Джоуля — Томсона нагреваются, при низкой — охлаждаются. Для употребительных газов известны точки инёерсии — температуры, при которых эффект меняет свой знак. Температура инверсии кислорода и азота лежит выше комнатной температуры. Поэтому мы наблюдаем охлаждение воздуха в процессе Джоуля — Томсона как при комнатной, так и, тем более, при низких температурах. Температура инверсии водорода лежит при весьма низких температурах. Эффектом Джоуля — Томсона ниже температуры инверсии пользуются в технике сжижения газов.