焦耳-湯姆孫效應

焦耳-湯姆孫效應是氣體在節流過程中温度隨壓強而變化的現象。氣體通過多孔塞或節流閥膨脹的過程稱為絕熱節流膨脹。絕熱節流過程是不可逆過程。由於過程在絕熱系統中進行，外界做的功等於系統內能的改變，即U₂-U₁=p₁V₁-p₂V₂，式中U為氣體的內能，p為壓強，V是氣體的體積，於是得出U₁+p₁V₁=U₂+p₂V₂=恆量，U+pV=H是氣體的另一狀態函數稱為焓，前式表示節流前後氣體的焓(H)不變。

實驗發現，氣體在節流前後温度一般要發生變化，同一種氣體在不同條件下(不同温度與壓強範圍)，節流後温度可以升高，可以降低，也可能不變。

為了研究節流後氣體温度隨壓強變化的情況，通常用焦耳-湯姆孫係數μ=

(ΔT/Δp)H=(əT/əP)H來描述，因為節流前後焓(H)不變，以(əT/əp)H表示等焓過程中温度隨壓強的變化率。氣體節流後壓強減小，Δp<0，所以，若節流後降温△T<0，則μ>0，稱焦耳-湯姆孫正效應。若節流升温△T>0，則μ<0，稱焦耳-湯姆孫負效應。若節流前後温度不變，△T=0，稱為焦耳-湯姆孫零效應。實際氣體節流後温度發生變化，得知氣體的內能不僅是温度的函數，還是體積(或壓強)的函數。

當氣體非常稀薄時，△T→0，可推知理想氣體節流前後温度不變，因此，一定量某種理想氣體的內能僅僅是温度的函數。 ^[2] 

1852年，英國物理學家J.P.焦耳和W.湯姆孫(即開爾文)為了進一步研究氣體的內能，對焦耳氣體自由膨脹實驗作了改進。

焦耳-湯姆遜效應是指當高壓氣體在通過截面突然縮小的斷面(如管道上的針形閥、孔板等)時，由於局部阻力，氣體的壓力將會降低，温度會發生變化的現象。所示，絕熱良好的管子 L 中間，放置一個用多孔物質製成多孔塞 G（也可以換成毛細管或針型閥），當進口壓強為 P1，温度為 T1，體積為V1 的氣體在恆壓下持續不斷地過多孔塞 G，由於它對氣體有較大的阻滯作用，使氣體很難快速通過它，從而能夠維持 G 兩邊具有一定的壓強差，使氣體通過多孔塞後的出口壓強降為 P2，體積變為 V2，測出此時的出口温度 T2，實驗發現T2 可能大於、小於或者等於 T1。

焦耳-湯姆遜實驗表明絕熱節流過程是一個焓值不變的過程，這是節流過程的重要熱力學特點，但並不是説絕熱過程是一個定焓過程，因為中間經歷的狀態都是非平衡態。