Efecto Joule-Thomson

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En Física, el efecto de Joule-Thomson o efecto Joule-Kelvin, es el proceso en el cual la temperatura de un gas ideal disminuye o aumenta al permitir que el gas se expanda libremente manteniendo una entalpía constante (lo que significa que el gas no recibe ni transfiere calor y no realiza ningún trabajo).

Fue descrito por James Prescott Joule y William Thomson, el primer Barón Kelvin, quienes establecieron el efecto en 1852 modificando un experimento previo de Joule en el que un gas se expandía manteniendo constante su energía interna.

Descripción

La relación entre temperatura, presión y volumen de un gas se puede describir de una forma sencilla gracias a las leyes de los gases. Cuando el volumen aumenta durante un proceso irreversible, las leyes de los gases no pueden determinar por si solas qué ocurre con la temperatura y presión del gas. En general, cuando un gas se expande adiabáticamente, la temperatura puede aumentar o disminuir, dependiendo de la presión y temperatura inicial. Para una presión constante (fijada previamente), un gas tendrá una temperatura de inversión de Joule-Thompson (Kelvin), sobre la cual al expandirse el gas causa un aumento de temperatura, y por debajo, la expansión del gas causa un enfriamiento. En la mayoría de los gases, a presión atmosférica esta temperatura es bastante alta, mucho mayor que la temperatura ambiental, y por ello la mayoría de los gases se enfrían al expandirse. El incremento de temperatura (ΔT) con respecto al incremento de presión (Δp) en un proceso de Joule-Thomson es el coeficiente de Joule-Thomson.

esta expresión se puede encontrar también escrita de la siguiente forma:

el valor de μ_JT depende del gas especifico, tanto como la temperatura y la presion del gas antes de la expansión o compresión. Para gases reales esto será igual a cero en un mismo punto llamado punto de inversion y la temperatura de inversion Joule-Thomson es aquella donde el signo del coeficiente cambia.

Bibliografía

1. Zemansky, M.W. (1968). Heat and Thermodynamics, McGraw-Hill., p.182, 335
2. Schroeder, Daniel V. (2000). Thermal Physics, Addison Wesley Longman., p.142