experimento de Joule-Thomson




Experimento de Joule - Thomson

En la termodinámica, el efecto Joule-Thomson o efecto Joule-Kelvin o Kelvin-efecto Joule o expansión Joule-Thomson describe el cambio de temperatura de un gas o líquido cuando es forzado a través de un tapón de la válvula o porosas, mientras que mantiene aislado de manera que no hay calor es intercambiado con el medio ambiente. Este procedimiento sedenomina un proceso de estrangulación o de Joule-Thomson proceso. A temperatura ambiente, todos los gases excepto el hidrógeno, el helio y el neón fresco después de la expansión por el proceso de Joule-Thomson.
En el experimento de Joule, el gas se expande en el vacío y el descenso de la temperatura del sistema es igual a cero, si el gas eran ideales.
El proceso de estrangulación es de la mayorimportancia técnica. Es en el corazón de las máquinas térmicas, tales como refrigeradores, acondicionadores de aire, bombas de calor y licuadoras. Por otra parte, un proceso de estrangulación es fundamentalmente irreversible. El estrangulamiento debido a la resistencia al flujo en las líneas de suministro, intercambiadores de calor, regeneradores, y otros componentes de máquinas es una fuente depérdidas que limita el rendimiento.
Descripción
La expansión adiabática de un gas puede llevarse a cabo en un número de maneras. El cambio de temperatura experimentado por el gas durante la expansión no sólo depende de la presión inicial y final, sino también en la manera en que se lleva a cabo la expansión.
Si el proceso de expansión es reversible, lo que significa que el gas está en equilibriotermodinámico en todo momento, que se llama una expansión isoentrópica. En este escenario, el gas realiza trabajo positivo durante la expansión, y su temperatura disminuye.
En una expansión libre, por otro lado, el gas no realiza trabajo y no absorbe calor, por lo que el interior de la energía se conserva. Ampliado de esta manera, la temperatura de un gas ideal seguiría siendo constante, pero latemperatura de un gas real puede aumentar o disminuir, dependiendo de la temperatura y la presión inicial.
El método de expansión descrito en este artículo, en el que un gas o líquido a presión P1 fluye en una región de menor presión P2 a través de una válvula o tapón poroso bajo condiciones de estado estacionario y sin cambio en la energía cinética, se llama el proceso de Joule-Thomson . Duranteeste proceso, la entalpía se mantiene sin cambios.
A estrangulamiento proceso pasa a lo largo de una línea de entalpía constante en la dirección de disminución de presión, lo que significa que el proceso se produce de izquierda a derecha en un diagrama de TP. A medida que avanzamos a lo largo de una línea constante entalpía de bastantes altas presiones de los aumentos de la temperatura, hasta quela temperatura de inversión. Después de esto, como el fluido continúa su expansión, la temperatura cae. Si hacemos esto durante varios entalpías constantes y nos unimos a la inversión señala una línea de llamada se obtiene la línea de inversión. Esta línea cruza el eje T a una determinada temperatura, llamada temperatura máxima inversión. Para el hidrógeno esta temperatura es-68C. En refrigeraciónpor compresión de vapor necesitamos acelerar el gas y enfriar al mismo tiempo. Esto plantea un problema para las sustancias cuya inversión máxima de temperatura es muy por debajo de la temperatura ambiente. Por lo tanto debe ser enfriado de hidrógeno por debajo de su temperatura de inversión de si alguno de enfriamiento se consigue por estrangulamiento.
La interpretación termodinámica delexperimento:
Si tenemos en cuenta que cierta cantidad de gas ha pasado a través del tapón poroso a continuación, la presión y la temperatura en el lado izquierdo del tapón poroso son P1 y T1 y un cierto volumen de V1.
A la derecha una cantidad similar del gas estará a una presión de P2, la temperatura T2 y ocupará un volumen V2.
Como el gas se comprime el trabajo realizado sobre el gas es P1V1 y el...