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Joule-Thomson
Experiment
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
Joule‘s Forschung
 1840 Joulesche Gesetz
W  R  I 2  t
 1843 Mechanische Wärmeäquivalenz (Nm → cal)
(Beweis für Energieerhaltung; R. Mayer 1841)
 1846 Jouleeffekt (Magnetostriktion)
 1852/53 Joule-Thomson-Effekt
 Joule-Prozess
Joule‘s Apparatur zur Messung der
Wärmeäquivalenz
Biographie – W. Thomson
 *26. Juni 1824 in Belfast, Nordirland
 1846-1899 Professor für theoretische
Physik 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
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
Das Experiment
1 Wärmetauscher 2 Schraubverschluss
3 PVC-Schlauch
5 Druckbehälter
6 Glasfritte
7 Behälter mit pUmgebung
9 Schraubverschluss
10 Schlaucholive
4 Manometer
8 Belüftung
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
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:
R T
n
p
 a  
V  nb
V 
2
Ein Teil von EKin wird in EPot umgewandelt → v von Molekülen verringert sich
→ T sinkt
Überwiegen Anziehungskräfte → Kondensation
Das Experiment
 Joule-Thomson Koeffizient
 T 


p

H
  
-
Joule-Thomson Inversionstemperatur
TJT [°C]
Kohlendioxid
1227
Sauerstoff
491
Luft
330
Wasserstoff
-71
Helium
-233
400
P. Atkins, „Physikalische Chemie“
Linde-Verfahren
 Abkühlung von Gasen bis zur
Verflüssigung
 Voraussetzung:
positiver Joule-ThomsonKoeffizient
 Herstellung flüssiger Luft
 H2- oder He-Verflüssigung: Gas
muss erst unter die
Inversionstemperatur gekühlt
werden
Praktische Anwendungen
 Kältemaschine
 Luftzerlegungsanlagen
 Spraydose
 unerwünschten Vereisungen von
Pipelines
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
Danke für die Aufmerksamkeit!