Effetto Joule-Thomson

L'effetto Joule-Thomson dimostra che in un sistema adiabatico, se un gas mantenuto ad alta pressione è costretto a passare attraverso un tappo poroso in una regione di bassa pressione, si espande e occupa un volume maggiore, cambiando la sua temperatura e, di conseguenza, la sua energia interna.

In questo processo adiabatico, la variazione dell'energia interna del gas deve essere uguale al lavoro svolto sul gas meno il lavoro svolto dal gas. Riorganizzando i termini, si nota che l'entalpia è conservata.

La variazione di temperatura con pressione a entalpia costante è definita come coefficiente di Joule-Thomson. Utilizzando il teorema di reciprocità e sostituendo la relazione di capacità termica, il coefficiente di Joule-Thomson è espresso in termini della derivata parziale dell'entalpia con la pressione.

Esprimendo la derivata parziale in termini di entropia e usando la relazione di Maxwell si ottiene il coefficiente di Joule-Thomson in funzione della temperatura.

Un valore positivo del coefficiente indica il raffreddamento, mentre un valore negativo indica il riscaldamento del gas durante l'espansione.

Per un gas ideale, il coefficiente di Joule-Thomson è zero poiché la sua temperatura rimane la stessa quando passa alla regione di bassa pressione.