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
1843 Mechanische Wärmeäquivalenz (Nm → cal) (Beweis für Energieerhaltung; R. Mayer 1841)
1846 Jouleeffekt (Magnetostriktion)
1852/53 Joule-Thomson-Effekt
Joule-Prozess
tIRW 2
Joule‘s Apparatur zur Messung der Wärmeäquivalenz
Biographie – W. Thomson
*26. Juni 1824 in Belfast, Nordirland
1846-1899 Professor für theoretischePhysik 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-Schlauch4 Manometer 5 Druckbehälter 6 Glasfritte 7
Behälter mit pUmgebung 8 Belüftung 9 Schraubverschluss10 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
2
V
na
bnV
TRp
Das Experiment
Joule-Thomson Koeffizient
- Joule-Thomson Inversionstemperatur
Hp
T
P. Atkins, „Physikalische Chemie“
TJT [°C]
Kohlendioxid 1227
Sauerstoff 491
Luft 330
Wasserstoff -71
Helium -233
400
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
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!
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