科学史-物理学编年史-74焦耳-汤姆孙效应

时间：公元1852年。

焦耳-汤姆孙效应（Joule-Thomson effect），指气体通过多孔塞膨胀后所引起的温度变化现象。1852年，英国物理学家J.P.焦耳和W.汤姆孙为了进一步研究气体的内能，对焦耳气体自由膨胀实验作了改进。

英国物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳与威廉·汤姆逊有着多年的合作，他们做了许多实验进行热力学分析，并致力于推动这一学科的发展。1852 年，这两位研究者在探索过程中取得了突破性进展。他们发现，在气体通过节流阀的过程中，会产生压力突变，继而引起温度发生改变。这种现象被称为焦耳-汤姆逊效应（有时也称汤姆逊-焦耳效应 ），事实证明，这一现象对制冷系统以及液化器、空调和热泵的发展起到了非常重要的作用。例如，这一效应可以用来解释为什么当我们从自行车轮胎中释放空气时，轮胎气门会变冷。

当流动的气体通过调压器时（此时调压器起到的作用类似于节流装置、阀门或多孔塞），就会发生焦耳-汤姆逊效应所描述的温度变化。然而，这种温度变化并不总是我们想要的。为了平衡与焦耳-汤姆逊效应相关的温度变化，我们往往会用到加热或冷却元件。

常温下的大多数气体在节流过程中都会稍微发生冷却，但氢气和氦气除外。气体内部发生冷却的原因在于，热量转化为功，以克服分子间的作用力。理想气体的关系式忽略了任何分子间的作用力，因此无法反映焦耳-汤姆逊效应。由此可见，在使用计算工具进行流量计算时，仅仅依靠理想气体定律的各种假设得出的计算结果可能并不准确。

各种气体的定律说明了温度、压力和体积。当体积不可逆地上升时，这些定律不能清楚地解释压力和温度的变化。在可逆绝热过程中，气体膨胀做正功，所以温度下降。

而真实气体(相对于理想气体)在等熵环境下自由膨胀，其温度会上升或下降(取决于初始温度)。对于给定的压力，真实气体有一个焦耳-汤姆孙的反转温度。高一点的时候气体温度会上升，低一点的时候气体温度会下降，就在这个温度下，气体温度不会变化。许多气体在1个大气压下的转化温度高于室温。

温度下降：当气体膨胀时，分子间的平均距离增加。由于分子间的引力，气体的势能上升。因为这是一个等熵过程，系统总能量守恒，势能的上升必然导致动能的下降，所以温度会下降。

温升：分子碰撞时，势能暂时转化为动能。随着分子间平均距离的增加，平均每周期碰撞次数增加，势能减少，所以动能增加，温度上升。

当温度低于反转温度时，前者效果明显，当温度高于反转温度时，后者效果明显。

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