Ջոուլ-Թոմսոնի էֆեկտ

Ջոուլ-Թոմսոնի էֆեկտ, դրոսել-էֆեկտ, գազի ջերմաստիճանի փոփոխությունը ադիաբատ դրոսելման, այսինքն՝ ծակոտկեն միջնորմով, դիաֆրագմայով կամ վենտիլով դանդաղ հոսելիս (առանց շրջակա միջավայրի հետ ջերմափոխանակության) գազի ճնշման նվազման դեպքում։ Հայտնաբերել և հետազոտել են Ջ․ Ջոուլը և Ու․ Թոմսոնը 1852-1862-ին։ Դրոսելման ժամանակ, երբ գազի ճնշումը $p_{1}$-ից նվազում է մինչև $p_{2}$ արժեքը, նրա ծավալը, ընդհակառակը, $V_{1}$-ից մեծանում է մինչև $V_{2}$ արժեքը։ Ընդ որում սկզբում ծախսվում է $p_{1}V_{1}$ աշխատանք, իսկ այնուհետև գազը, ընդարձակվելով, կատարում է $p_{2}V_{2}$ աշխատանք։ Իդեալական գազի դեպքում, ըստ Բոյլ-Մարիոտի օրենքի, $p_{1}V_{1}=p_{2}V_{2}$։ Իրական գազերի դեպքում, ջերմաստիճանի և ճնշման սկզբնական արժեքներից ու գազի տեսակից կախված, $p_{1}V_{1}$-ը կարող է մեծ կամ փոքր լինել $p_{2}V_{2}$-ից։

Գազի ջերմաստիճանի $\triangle T=T_{2}-T_{1}$ փոփոխությունը դրոսելման ժամանակ (այսինքն՝ Ջոուլ-Թոմսոնի էֆեկտի հետևանքով) պայմանավորված է երկու մեծությամբ․

1. գազի ընդարձակման ժամանակ մոլեկուլների փոխադարձ ձգողության ուժերի դեմ կատարած աշխատանքի առաջացրած ջերմաստիճանի $\triangle _{u}T$ փոփոխությամբ,
2. $pV$ մեծության փոփոխության հետ կապված աշխատանքի առաջացրած ջերմաստիճանի $\triangle _{pv}T$ փոփոխությամբ։ Ջոուլ-Թոմսոնի էֆեկտում հիմնական մեծությունը $\triangle _{u}T$ անդամն է, որը միշտ դրական է և պայմանավորում է գազի հովացումը։ Իսկ $\triangle _{pv}T$ մեծությունը կարող է լինել և՛ դրական ($p_{1}V_{1}<p_{2}V_{2}$), և՛ բացասական ($p_{1}V_{1}>p_{2}V_{2}$)․ դրա բացարձակ արժեքը սովորաբար փոքր է և չի գերազանցում $\triangle _{u}T$ մեծության 10-15%-ը։ Մեծ մասամբ $\triangle _{pv}T$-ն բացասական է, և $\triangle T$ փոքր է լինում $\triangle _{u}T$-ից։ Քանի որ $\triangle _{u}T$-ի մեծությունն ու նշանը կախված են սկզբնական պայմաններից, ուստի միևնույն գազի համար տարբեր ջերմաստիճանների և ճնշումների դեպքում Ջոուլ-Թոմսոնի էֆեկտ կարող է տարբեր լինել՝ դրական (գազը հովանում է) կամ բացասական (գազը տաքանում է)։ Ջոուլ-Թոմսոնի էֆեկտի նշանի փոփոխությունը կոչվում է ինվերսիա (շրջում)։ Սենյակային ջերմաստիճանում գազերի մեծ մասի համար Ջոուլ-Թոմսոնի էֆեկտ ճնշման արժեքների լայն տիրույթում դրական է։ Ջրածնի և հելիումի համար Ջոուլ-Թոմսոնի էֆեկտի սովորական պայմաններում բացասական է, ինվերսիան վրա է հասնում միայն բավականաչափ ցածր ջերմաստիճաններում (հելիումի համար՝ -236°С ջերմաստիճանում)։

Ճնշման ոչ մեծ տատանումների դեպքում $\triangle T$-ի փոքր արժեքներով բնութագրվող Ջոուլ-Թոմսոնի էֆեկտը կոչվում է դիֆերենցփալ էֆեկտ։ Դրոսելում ճնշման մեծ անկումների դեպքում գազի ջերմաստիճանը կարող է զգալիորեն փոխվել։ Օրինակ, 17°С սկզբնական ջերմաստիճանում 200-ից մինչև 1 մթն դրոսելման դեպքում օդը հովանում է 35 °C-ով։ Այս ինտեգրալ էֆեկտն ընկած է գազերի հեղուկացման տեխնիկական պրոցեսների հիմքում։ Քանի որ Ջոուլ-Թոմսոնի էֆեկտի մեծությունը որոշվում է միջմոլեկուլային փոխազդեցությամբ, ուստի այն կարեոր նշանակություն ունի իրական գազերի հատկությունների հետազոտման համար։

Գրականություն

• Ландау Л․ Д․, Лифщиц Е․М․, Статистическая физика․ М․, 1964 (Теоретическая физика, т․ 5)․

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 9, էջ 523)։