Der Joule Thomson Effekt

Um den Joule Thomson Effekt zu erklären, ist es wichtig, zunächst zu wissen, was die Thermodynamik von Gasen ist, denn dabei spielt er eine Rolle. Dieser Effekt ist in manchen Bereichen der Technik von Bedeutung. Die größte Bedeutung davon wiederum hat das sogenannte Linde-Verfahren. Grundsätzlich kann gesagt werden, dass ein Gemisch von Gasen durch Drosseln seine Temperatur ändert, und dabei tritt dann der Joule Thomson Effekt auf.

Der Joule Thomson Effekt in der Thermodymamik-Forschung

Der Joule Thomson Effekt wurde bereits im Jahr 1852 beschrieben, und zwar von den beiden Wissenschaftlern Lord Kelvin, der damals noch den Namen Sir William Thomson trug, und seinem Kollegen James Prescott Joule.

Wichtig ist dabei zu wissen, dass Gasteilchen sich bei unterschiedlichen Temperaturen nicht gleich verhalten. Wenn sich Gasteilchen anziehen, wird Energie verbraucht. Wenn sich Gasteilchen abstoßen können, dass wird Energie frei, die in Form von Wärme wahrnehmbar ist. Feststellbar wird dieser Unterschied bei der Gastemperatur von mehr oder weniger als 450° C. Diese Temperatur ist die sogenannte Inversionstemperatur. Wenn diese Temperatur höher ist, dann kommt es durch den Joule Thomson Effekt zu einer Erwärmung des Gases, wenn diese Temperatur allerdings niedriger ist, dann kommt es durch den Joule Thomson Effekt zu einer Abkühlung. Das trifft auf alle sogenannten realen Gase zu.

Grundsätzlich vermehrt sich in dem Moment, wenn der Joule Thomson Effekt auftritt, die Entropie des Gases. Das Gas dehnt sich aus. Die spontan so frei werdende Energie kann dann zur Kühlung genutzt werden. Neben dem Linde-Verfahren ist dieser Effekt auch bei Geräten zur Kühlung wichtig, zum Beispiel bei Kühlschränken, die heute jedermann kennt. Beim Linde-Verfahren wird der Joule Thomson Effekt zur Verflüssigung von Gasen wie Helium und Wasserstoff genutzt, deren Inversionstemperaturen zwischen minus 80 und minus 239° C liegen. Ein negativer Aspekt vom Joule Thomson Effekt kommt oft beim Transport von Erdgas in Pipelines vor, wo es durch den hohen Druck zu einer so starken Abkühlung kommen kann, dass diese Anlagen vereisen.

Der Effekt im Falle des Kühlschranks

Die Technik, die heute in jedem Haushalt für einen Kühlschrank wichtig ist, wurde genauso wie das Linde-Verfahren von Carl von Linde entwickelt. Zu Anfang wurde allerdings für Kühlschränke Ammoniak verwendet, das sehr giftig ist. Auch Methylchlorid und Schwefeldioxid sowie das später verwendete FCKW erwiesen sich nicht als umweltfreundliche Gase für Kühlschränke. Heute wird in Kühlschränken ein Gemisch aus Propan- und Butan-Gas verwendet, was nicht das Ozonloch vergrößert. Das im Kühlschrank befindliche Kältemittel wird durch Kompression verdichtet, erwärmt sich dadurch und gibt die so entstehende Wärme an die Umgebung ab. Das Gas als Kältemittel selbst wird deshalb kühler, weil es durch eine lange Kühlschlange geleitet wird, die am Ende plötzlich weiter wird, dann kühlt es durch die schlagartige Ausdehnung ab. Deshalb kühlt ein Kühlschrank.

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