Joule-Thomson Experiment

Biographie J. P. Joule 1847 Zusammenarbeit mit W. Thomson *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 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 4

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 5

Das Experiment 1 Wärmetauscher 2 Schraubverschluss 3 PVC-Schlauch 4 Manometer 5 Druckbehälter 6 Glasfritte 7 Behälter mit pUmgebung 8 Belüftung 9 Schraubverschluss 10 Schlaucholive

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: Ein Teil von EKin wird in EPot umgewandelt → v von Molekülen verringert sich → T sinkt Überwiegen Anziehungskräfte → Kondensation

Das Experiment Joule-Thomson Koeffizient 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-Thomson- Koeffizient Herstellung flüssiger Luft H2- oder He-Verflüssigung: Gas muss erst unter die Inversionstemperatur gekühlt werden 10

Praktische Anwendungen Kältemaschine Luftzerlegungsanlagen Spraydose unerwünschten Vereisungen von Pipelines 11

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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