Γιατί η επίδραση Joule Thomson δεν ισχύει για το υδρογόνο και το hellium;

Το φαινόμενο Joule-Thomson, γνωστό και ως φαινόμενο Kelvin-Joule, περιγράφει την αλλαγή της θερμοκρασίας ενός πραγματικού αερίου όταν επεκτείνεται αδιαβάστα (χωρίς ανταλλαγή θερμότητας) μέσω πορώδους βύσμα ή βαλβίδα.

Γιατί δεν ισχύει για υδρογόνο και ήλιο σε θερμοκρασία δωματίου:

* Θερμοκρασία αντιστροφής: Το φαινόμενο Joule-Thomson εξαρτάται από τη θερμοκρασία του αερίου. Αυτή είναι η θερμοκρασία πάνω από την οποία το αέριο θα ζεσταθεί κατά την επέκταση και κάτω από την οποία θα κρυώσει.

* Χαμηλές θερμοκρασίες αντιστροφής: Το υδρογόνο και το ήλιο έχουν εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες αντιστροφής. Για το υδρογόνο, είναι περίπου -80 ° C, και για το ήλιο, είναι ακόμη χαμηλότερο στους -230 ° C. Αυτό σημαίνει σε θερμοκρασία δωματίου (περίπου 25 ° C), είναι πάνω από τις θερμοκρασίες αντιστροφής τους.

* Θέρμανση κατά την επέκταση: Όταν ένα αέριο είναι πάνω από τη θερμοκρασία αντιστροφής του, στην πραγματικότητα θερμαίνεται κατά την επέκταση λόγω του αποτελέσματος Joule-Thomson. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι διαμοριακές δυνάμεις είναι αδύναμες σε υψηλές θερμοκρασίες και η ενέργεια που χρησιμοποιείται για την αντιμετώπιση αυτών των δυνάμεων κατά τη διάρκεια της επέκτασης προέρχεται από την εσωτερική ενέργεια του αερίου, προκαλώντας αύξηση της θερμοκρασίας.

Ως εκ τούτου, σε θερμοκρασία δωματίου, το υδρογόνο και το ήλιο θα ζεσταθεί αντί να κρυώσει όταν επεκταθεί μέσω ενός πορώδους βύσμα, καθιστώντας το φαινόμενο Joule-Thomson που δεν ισχύει σε αυτή την κατάσταση.

Σημαντική σημείωση: Αν και δεν ισχύει σε θερμοκρασία δωματίου, το φαινόμενο Joule-Thomson μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ψύξη του υδρογόνου και του ήλιου εάν ψύχεται για πρώτη φορά κάτω από τις θερμοκρασίες αντιστροφής τους. Αυτό γίνεται συνήθως σε κρυογονικές εφαρμογές.