焦耳汤姆孙效应

焦耳-汤姆孙效应是气体在节流过程中温度随压强而变化的现象。气体通过多孔塞或节流阀膨胀的过程称为绝热节流膨胀。绝热节流过程是不可逆过程。由于过程在绝热系统中进行，外界做的功等于系统内能的改变，即U2-U1=p1V1-p2V2，式中U为气体的内能，p为压强，V是气体的体积，于是得出U1+p1V1=U2+p2V2=恒量，U+p=H是气体的另一状态函数称为焓，前式表示节流前后气体的焓(H)不变。

实验发现，气体在节流前后温度一般要发生变化，同一种气体在不同条件下(不同温度与压强范围)，节流后温度可以升高，可以降低，也可能不变。

为了研究节流后气体温度随压强变化的情况，通常用焦耳-汤姆孙系数μ=(ΔT/Δp)H=(əT/əP)H来描述，因为节流前后焓(H)不变，以(əT/əp)H表示等焓过程中温度随压强的变化率。气体节流后压强减小，Δp<0，所以，若节流后降温△T<0，则μ>0，称焦耳-汤姆孙正效应。若节流升温△T>0，则μ<0，称焦耳-汤姆孙负效应。若节流前后温度不变，△T=0，称为焦耳-汤姆孙零效应。实际气体节流后温度发生变化，得知气体的内能不仅是温度的函数，还是体积(或压强)的函数。

当气体非常稀薄时，△T→0，可推知理想气体节流前后温度不变，因此，一定量某种理想气体的内能仅仅是温度的函数。 

1852年，英国物理学家J.P.焦耳和W.汤姆孙(即开尔文)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。

焦耳-汤姆逊效应是指当高压气体在通过截面突然缩小的断面(如管道上的针形阀、孔板等)时，由于局部阻力，气体的压力将会降低，温度会发生变化的现象。所示，绝热良好的管子 L 中间，放置一个用多孔物质制成多孔塞 G（也可以换成毛细管或针型阀），当进口压强为 P1，温度为 T1，体积为V1 的气体在恒压下持续不断地过多孔塞 G，由于它对气体有较大的阻滞作用，使气体很难快速通过它，从而能够维持 G 两边具有一定的压强差，使气体通过多孔塞后的出口压强降为 P2，体积变为 V2，测出此时的出口温度 T2，实验发现T2 可能大于、小于或者等于 T1。

焦耳-汤姆逊实验表明绝热节流过程是一个焓值不变的过程，这是节流过程的重要热力学特点，但并不是说绝热过程是一个定焓过程，因为中间经历的状态都是非平衡态。