Peter W. Atkins

Physikalische Chemie


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gewählten Versuchsbedingungen erwärmt sich das Gas bei der Ausdehnung oder kühlt sich ab.

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      (a) Die Beobachtung des Joule-Thomson-Effekts

      Die Versuchsanordnung, die Joule und Thomson entwickelten, war thermisch isoliert, sodass der Prozess adiabatisch ablaufen konnte. In der folgenden Herleitung 2.3 werden wir zeigen, dass die Expansion bei konstanter Enthalpie abläuft, indem wir die bei jedem einzelnen Schritt verrichtete Arbeit untersuchen.

      Da alle Zustandsänderungen des Gases adiabatisch verlaufen, ist q = 0 und folglich ΔU = w.

      Schritt 1 Berechnung der insgesamt verrichteten Arbeit.

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      Auf der rechten Seite der Drossel dehnt sich das Gas isotherm (aber möglicherweise bei einer anderen Temperatur) gegen den Druck pE des Gases auf der linken Seite, das sich wie ein zurück zu schiebender Kolben verhält. Das Volumen ändert sich dabei von 0 auf VE, die an dem Gas verrichtete Arbeit ist folglich

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      Wenn wir die Arbeitsanteile auf beiden Seiten der Drossel summieren, erhalten wir für die insgesamt verrichtete Arbeit

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      Schritt 2 Berechnung der Änderung der Inneren Energie.

      Daraus folgt für die Änderung der Inneren Energie des Gases beim adiabatischen Transport durch die Drossel

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      Durch Umstellen der Beziehung aus Schritt 2 erhalten wir mit H = U + pV:

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      Folglich ändert sich die Enthalpie bei der Expansion nicht.

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      Für ein ideales Gas ist μ = 0; seine Temperatur wird daher durch den Joule-Thomson-Effekt nicht beeinflusst. Daran wird deutlich, dass das Ausmaß des Effekts von der Stärke der zwischenmolekularen Wechselwirkungen abhängt.

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      (b) Die Interpretation des Joule-Thomson-Effekts auf molekularer Ebene