Joule-Thomson Experiment

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1 Joule-Thomson Experiment

2 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

3 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

4 Biographie – W. Thomson *26. Juni 1824 in Belfast, Nordirland
Professor für theoretische Physik in Glasgow Präsident der Royal Society 1892 in den erblichen Adelsstand erhoben: 1. Baron Kelvin, of Largs † 17. Dezember 1907 in Netherhall, Schottland 4

5 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

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

7 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

8 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

9 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“

10 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

11 Praktische Anwendungen
Kältemaschine Luftzerlegungsanlagen Spraydose unerwünschten Vereisungen von Pipelines 11

12 Literaturhinweis P. Atkins, J. de Paula; Physikalische Chemie, 4. Auflage; WILEY-VCH Verlag; 2006

13 Danke für die Aufmerksamkeit!