La destinderea in vid (fara efectuare de lucru mecanic exterior) energia interna U a gazului ideal (perfect) ai deci temperatura lui ramane neschimbata:. In practica, insa, gazele reale se comporta diferit, adica la o destindere adiabatica in vid (fara lucru mecanic exterior) gazul se raceate iar la o comprimare, fara lucru mecanic exterior, gazul se incalzeate (exemplu cazul umflarii cauciucului unui automobil de la un rezervor de presiune. La umflarea cu o pompa de mana incalzirea se datoreaza, in parte, comprimarii adiabatice cu lucru mecanic.

Acest fenomen a fost studiat in laborator de catre Joule ai Thomson cu ajutorul dispozitivului din figura alaturata. In acest dispozitiv gazul a fost lasat sa se destinda de la presiunea constanta p₁ la presiunea constanta p₂, scurgandu-se laminar printr-un perete poros. Pentru menainerea constanta a presiunilor se deplaseaza cele doua pistoane in mod corespunzator: pistonul 1 se apropie iar pistonul 2 se indeparteaza de peretele poros. Rolul peretelui poros (un simplu tampon de vata) este numai acela de a asigura o curgere laminara fara turbulenae. Cele doua termometre indica temperaturile in cele doua compartimente. Cilindrii sunt confecaionaai dintr-un material termoizolant, pentru ca procesul sa fie adiabatic.

Se constata ca cele mai multe gaze se racesc (T₂ < T₁) in cazul destinderii laminare. Sunt insa unele care se incalzesc (T₂ > T₁).

Variaaia temperaturii gazului in timpul destinderii laminare fara efectuare de lucru mecanic, se numeate efectul Joule-Thomson.

O masura a efectului Joule-Thomson este coeficientul diferenaial , numit coeficient J-Th. Cu excepaia hidrogenului ai a heliului la temperatura obianuita, pentru toate gazele d>0 adica gazele reale iai cresc temperatura cu createrea presiunii. Explicaaia este data de faptul ca la densitaai mai mari ale gazelor distanaele intre molecule sunt mai mici ai incep sa apara foraele de respingere intre molecule (vezi diagrama foraei de interacaie ai a energiei potenaiale dintre doua molecule), ai prin destinderea gazului aceste forae contribuie la createrea energiei cinetice a moleculelor, adica a temperaturii gazului. Daca se efectueaza experimentul Joule-Thomson la diferite temperaturi se constata ca, la temperaturi suficient de scazute chiar ai H₂ ai He au d pozitiv iar la temperaturi mai ridicate ai pentru alte gaze decat He ai H₂ d devine negativ. Exista, deci, o anumita temperatura, care difera de la gaz la gaz, la care d schimba semnul, numita temperatura de inversiune.

In cursul destinderii laminare ramane constanta entalpia H a gazului ai nu energia interna.

Conform principiului I al termodinamicii pentru 1 mol de gaz ideal ce a trecut prin peretele poros: ai deoarece volumul molului de gaz este V₁ la p₁ ai V₂ la p₂ atunci:

Calculul coeficientului J-Th ai al temperaturii de inversiune.

Entalpia H este o funcaie de p ai T ai diferenaiala ei totala este:

Dar in procesul J-Th dH=0 deci scriind =0 se poate scoate: unde iar deci: ai atunci:

In aceasta formula C_p este cunoscut, coeficient de dilatare volumica a gazului ai astfel, atiind pe V ai pe T se poate calcula valoarea lui d. Folosind pentru gazele reale ecuaaia lui Van der Waals pentru 1 mol ai la presiune nu prea mare: in care, dezvoltand-o, neglijam iar pe V din termenul 2 al corecaiei il inlocuim cu: atunci ecuaaia devine: .

Prin derivare in raport cu T rezulta adica coeficientul de dilataaie.

Pentru a afla numaratorul in expresia lui d inmulaim aceasta ecuaaie cu T ai scadem din ea pe V (expresia de mai sus): , deci coeficientul J-Th devine:

In concluzie cu aceasta expresie se poate calcula coeficientul J-Th din constantele a ai b ale ecuaaiei lui Van der Waals.

Temperatura de inversiune T_i , se obaine anuland pe d adica, anuland paranteza din expresia lui, caci T nu poate fi nul.

Temperatura Boyle este temperatura la care legile gazelor perfecte sunt aplicabile gazelor reale pana la presiuni mai mari. Din calculul temperaturii Boyle s-a gasit ca de unde rezulta ca temperatura de inversiune este dublul temperaturii Boyle T_i=2T_B.

via https://ditzi.go.ro