Joulův – Thomsonův (J-T) jev.


Koná – li plyn při adiabatické expanzi práci, potom se tato práce koná na úkor vnitřní energie
plynu. To v případě ideálního plynu znamená, že kinetická energie částic klesá a tedy klesá i
teplota plynu. Nekoná – li plyn při expanzi práci (např. při expanzi do vakua), zůstává teplota
konstantní. Jiná možnost expanze plynu beze změny teploty může být následující: izolovaný válec
rozdělíme porézní přepážkou na části o objemech V[1] a V[2] (tlaky p[1] a p[2]).

Nechť je p[1] > p[2]. Potom bude plyn pomalu „prosakovat“ přepážkou a aby byla velikost tlaku
v obou částech stále tatáž, musí se písty Π[1] a Π[2] pohybovat. Práce, vykonaná pístem Π[1] je
p[1].ΔV[1] a je rovna práci, spotřebované pístem Π[2] (p[2].ΔV[2]). Platí tedy

                   p[1].ΔV[1] =  p[2].ΔV[2]  (T = konst)                                       (10)


Jinak tomu ale bude v případě reálného plynu, u kterého vnitřní energie zahrnuje kromě kinetické
ještě potenciální energii vzájemného působení molekul. Molekuly konají rychlý chaotický pohyb a lze
hovořit o jisté střední potenciální energii vzájemného působení. Střední volná dráha molekul závisí
na hustotě (klesá s rostoucí hustotou). Závisí též na teplotě – s rostoucí teplotou klesá střední
volná dráha molekul (s rostoucí teplotou se zvyšuje jejich kinetická energie a při srážkách se
molekuly dostanou blíže k sobě a „tráví“ tak větší čas v malé vzdálenosti od sebe). Docházíme tedy
k závěru, že adiabatická expanze reálného plynu je doprovázena změnou jeho teploty. V tomto případě
mluvíme o Joule – Thomsonově jevu.

Kvalitativní objasnění J – T jevu:

J – T jev je důsledkem přitažlivých a odpudivých sil mezi molekulami, jimiž se reálný plyn liší od
plynu ideálního. Reálné plyny se podobají plynu Van der Waalsovu (VdW), přičemž korekce a
charakterizuje přitažlivé díly mezi molekulami a korekce b souvisí s vlastním objemem molekul a
charakterizuje tedy síly odpudivé.

Předpokládejme, že u plynu převládá korekce b a korekci a lze zanedbat. Vzroste-li při adiabatické
expanzi plynu jeho měrný objem, vzroste i střední vzdálenost mezi molekulami a střední hodnota
potenciální energie vzájemného působení mezi molekulami se sníží. Protože je děj adiabatický,
projeví se pokles potenciální energie molekul tak, že vzroste jejich kinetická energie (platí zákon
zachování energie) a plyn se tedy ohřeje.

Je – li naopak korekce b zanedbatelná vzhledem k a, potom v plynu převládají přitažlivé síly mezi
molekulami a při adiabatickém zvětšení roste střední vzdálenost mezi molekulami a též roste střední
hodnota potenciální energie molekul. To se projeví úbytkem jejich střední kinetické energie a plyn
se ochladí.

Vlivy korekcí a a b se mohou vzájemně kompenzovat. Potom se při expanzi plynu jeho teplota nemění –
tzv. inverzní teplota.