Termofysiikan perusteet, Ismo Napari ja Hanna Vehkamäki, 2013.

82 LUKU 5. TERMODYNAAMISET POTENTIAALIT ELI VAPAAT ENERGIATTµ JT > 0, jäähtyy µ JT < 0, lämpeneeKuva 5.5: Joulen ja Thomsonin kerroin on positiivinen, kun isentalpien (harmaatkäyrät) kulmakertoimet ovat positiiviset. Isentalpien maksimikohtienkautta piirretty käyrä kertoo inversiolämpötilan.PKoska prosessissa entropia kasvaa, nähdään yhtälöstä (5.35), että paine aleneeeli dP on negatiivinen. Jos Tα P > 1, on yhtälön (5.36) perusteella µ JT > 0eli kaasu jäähtyy. Jos taas Tα P < 1, kaasu lämpenee, koska µ JT < 0. Kaasunlämpötilakäyttäytymiseen vaikuttaa työkontribuutio (5.34): Jos P 1 V a > P 2 V l ,kaasuun tehdään työtä ja se lämpenee. Jos taas P 1 V a < P 2 V l , kaasu tekee työtäja se jäähtyy.Joulen ja Thomsonin kertoimen merkinvaihdos tarkoittaa, että on olemassatietty ns. inversiolämpötila, jossa µ JT = 0. Usein kaasuilla on ylempi ja alempiinversiolämpötila (kuva 5.5). Ideaalikaasulle kuitenkin( ) ∂V= ∂ k B NT= k BN∂T P,N ∂T P P = V T ,joten ideaalikaasun Joulen ja Thomsonin kerroin on nolla. Huoneenlämmössäilmapainetta lähellä olevissa paineissa reaalikaasut, lukuunottamatta kvanttikaasujavety, helium ja neon, jäähtyvät Joulen ja Thomsonin ilmiöissä. Joulenja Thomsonin ilmiötä käytetään hyväksi jäähdytyskoneissa ja nesteyttimissä.Joulen ja Thomsonin kertoimen merkin vaihdoksen ymmärtämiseksi kirjoitetaanentalpia potentiaalienergian U pot , kineettisen energian U kin = f /2k B TNja PV termin summana, H = U pot + U kin + PV, ja tutkitaan kuvaa 5.6 Lennardinja Jonesin aineen paineesta, (kokonais) energiasta, vuorovaikutus- elipotentiaalienergiasta, PV-termistä sekä entalpiasta tilavuuden funktiona. Lennardinja Jonesin malliaineessa, joka kuvaa esimerkiksi jalokaasuja varsinhyvin, kahden atomien tai molekyylien vuorovaikutus energia molekyylien