焦耳-汤姆孙效应

在热力学中。焦耳-汤姆孙效应（也被称为焦耳-开尔文效应或开尔文-焦耳效应）描述了真实气体或液体（区别于理想气体）的温度变化，当它被迫通过一个阀门或多孔塞子，同时保持其绝缘，以便不与环境进行热量交换。这个过程被称为节流过程或焦耳-汤姆森过程。在室温下，除了氢气、氦气和氖气外，所有的气体在通过节流孔节流时，都会因焦耳-汤姆森过程的膨胀而冷却；这三种气体经历了同样的效果，但只是在较低的温度。大多数液体，如液压油，将被焦耳-汤姆森节流过程所加热。

气体冷却节流过程通常在制冷过程中被利用，如空气分离工业过程中的液化器。在液压系统中，焦耳-汤姆森节流的升温效应可用于寻找内部泄漏的阀门，因为这些阀门会产生热量，可以通过热电偶或热成像相机检测出来。节流从根本上说是一个不可逆的过程。由于供应线、热交换器、再生器和其他（热）机器部件的流动阻力而产生的节流是限制其性能的损失来源。

该效应以James Prescott Joule和William Thomson, 1st Baron Kelvin命名，他们于1852年发现该效应。它是在焦耳早期关于焦耳膨胀的工作基础上发展起来的，在焦耳膨胀中，如果气体是理想的，气体在真空中进行自由膨胀，温度保持不变。

气体的绝热（没有热交换）膨胀可以通过多种方式进行。气体在膨胀过程中经历的温度变化不仅取决于初始和最终压力，还取决于膨胀的方式。

• 如果膨胀过程是可逆的，即气体在任何时候都处于热力学平衡状态，则称为等熵膨胀。在这种情况下，气体在膨胀过程中做正功，其温度下降。
• 另一方面，在自由膨胀中，气体不做功，不吸热，所以内能是守恒的。
• 本文讨论的膨胀方法，即压力为P1的气体或液体流入压力较低的P2区域而动能没有明显变化，被称为焦耳-汤姆森膨胀。这种膨胀本身是不可逆的。在这种膨胀过程中，焓值保持不变（见下文证明）。与自由膨胀不同的是，做了功，引起了内能的变化。内能的增加或减少是由对流体做功或由流体做功决定的；这是由膨胀的初始和最终状态以及流体的属性决定的。}}.这个系数可能是正的（对应于冷却）或负的（加热）；图中显示了分子氮（N2）发生的各个区域。请注意，图中的大多数条件对应于N2是一种超临界流体，它具有气体的一些特性和液体的一些特性，但不能真正被描述为两种特性。该系数在非常高和非常低的温度下都是负的；在非常高的压力下，它在所有温度下都是负的。xxx的反转温度（N2为621K）发生在接近零压力的时候。对于低压下的N2气体，μ J T {displaystylemu _{JT}}在高温下为负值，在高压下为负值。}}在高温下是负的，在低温下是正的。在温度低于气液共存曲线时，N2会凝结成液体，系数再次变为负值。因此，对于低于621K的N2气体，可以用焦耳-汤姆森膨胀法来冷却气体，直到形成液态N2。
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  物理机制

  在绝热膨胀过程中，有两个因素可以改变流体的温度：内能的变化或潜在内能和动能之间的转换。温度是热动能（与分子运动相关的能量）的量度；所以温度的变化表明热动能的变化。内能是热动能和热势能的总和。因此，即使内能不发生变化，温度也会由于动能和势能之间的转换而发生变化；这就是自由膨胀中发生的情况，通常在流体膨胀时产生温度下降。如果流体在膨胀时对其做了功，那么总的内能就会随着温度的升高而降低。