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!