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{{NoteTA|G1=物理學}}
[[File:Joule-Thomson sign.png|thumb|氮气的焦耳-汤姆孙效应系数在不同温度，压力下的正负值]]
'''焦耳-湯姆森效應'''是指[[氣體]]會因在[[等焓]]的環境氮气的膨脹，而使溫度上升或下降。這個過程稱為焦耳-湯姆森過程。

這以[[詹姆斯·焦耳]]和[[開爾文男爵]]命名。

==描述==
各種氣體定律說明了[[溫度]]、[[壓力]]和[[體積]]。當[[體積]]不可逆回地上升，這些定律不能清楚說明壓力和溫度的改變。而在[[絕熱過程|可逆絕熱過程]]中，氣體膨脹做了正[[功]]，因此溫度下降。

可是，真實氣體（相對[[理想氣體]]而言）在等焓環境下自由膨脹，溫度會上升或下降（是哪方看初始溫度而定）。對於給定壓力，真實氣體有一個'''焦耳-湯姆森反轉溫度'''，高於溫度時氣體溫度會上升，低於時氣體溫度下降，剛好在這溫度時氣體溫度不變。許多氣體的在1[[大氣壓力]]下的反轉溫度高於室溫。

==焦耳-湯姆森系數==
在焦耳-湯姆森過程，溫度隨壓力的改變稱為'''焦耳-湯姆森系數'''：

:<math>\mu_{JT} = \left( {\partial T \over \partial P} \right)_H</math>

對於不同氣體，在不同壓力和溫度下，<math>\mu_{JT}</math>的值不同。<math>\mu_{JT}</math>可正可負。考慮氣體膨脹，此時壓力必下降，故<math>dP < 0</math>。

{| class="wikitable"
!<math>\mu_{JT}</math>是!!因為<math>dP</math>是!!因此<math>dT</math>必是!!氣體
|-
|align=center|+||align=center|-||align=center|-||align=center|冷卻
|-
|align=center|-||align=center|-||align=center|+||align=center|變暖
|}
若<math>\mu_{JT}=0</math>，則溫度不隨壓力也不隨體積而變，此時氣體位於反轉點，而此溫度稱之反轉溫度。


[[氦]]和[[氫]]在1個[[大氣壓力]]下，反轉溫度相當低（例如氦便是−222℃）。因此，這兩種氣體在室溫膨脹時溫度上升。

對於理想氣體，<math>\mu_{JT}=0</math>。

==原理==
溫度下降：當氣體膨脹，[[分子]]之間的平均距離上升。因為分子間吸引力，氣體的[[位能]]上升。因為這是等焓過程，系統的總[[能量守恆]]，所以位能上升必然會令[[動能]]下降，故此溫度下降。

溫度上升：當分子[[碰撞]]，動能暫時轉成位能。由於分子之間的平均距離上升，每段時間的平均碰撞次數下降，位能下降，因此動能上升，溫度上升。

低於反轉溫度時，前者的影響較為明顯，高於反轉溫度時，後者影響較明顯。

==應用==
{{see also|林德－汉普逊循环}}

==焦耳第二定律==
很容易证实，对于由合适的微观假设定义的[[理想气体]]，''αT'' = 1，因此在焦耳-汤姆逊膨胀下这种理想气体的温度变化为零。对于这样一种理想的气体，这个理论结果意味着： 
:''理想气体的固定质量的内部能量仅取决于其温度（而非压力或体积）。''
这个规则最初是由焦耳实验发现的，它被称为'''焦耳第二定律'''。当然，更精确的实验发现了重要的偏差。 
<ref>[[J.R. Partington|Partington, J.R.]] (1949). ''An Advanced Treatise on Physical Chemistry'', volume 1 ''Fundamental Principles. The Properties of Gases'', [[Longman|Longmans, Green and Co.]], London, pp. 614–615.</ref><ref>Adkins, C.J. (1968/1983). ''Equilibrium Thermodynamics'', (1st edition 1968), third edition 1983, Cambridge University Press, Cambridge UK, {{ISBN|0-521-25445-0}}, p. 116.</ref><ref>Bailyn, M. (1994). ''A Survey of Thermodynamics'', American Institute of Physics Press, New York, {{ISBN|0-88318-797-3}}, p. 81.</ref>

== 参考资料 ==
{{reflist}}
=== 参考文献 ===
*{{cite book | author=Zemansky, M.W. | title=Heat and Thermodynamics | url=https://archive.org/details/heatthermodynami0000zema_o9d3_5thedi | publisher=McGraw-Hill | year=1968 | id= }}, ''p.''182, 335
*{{cite book | author=Schroeder, Daniel V. | title=Thermal Physics | url=https://archive.org/details/introductiontoth0000schr_k1f1 | publisher=Addison Wesley Longman | year=2000 | id= }}, ''p.''142
*{{cite book | author=Kittel, C., and Kroemer, H. | title=Thermal Physics | publisher=W.H. Freeman and Co. | year=1980 | id= }}
*{{cite book | author=Perry, R.H. and Green, D.W. | title=Perry's Chemical Engineers' Handbook | publisher=McGraw-Hill Book Co. | year=1984 | id=ISBN 978-0-07-049479-4}}

{{Authority control}}
[[Category:熱力學|T]]
[[Category:物理现象|T]]