Fast alle Gase werden bei Entspannung an einer Drosselstelle (bzw. Expansion) kälter. Besonders deutlich wird dieses Phänomen beispielsweise bei Verwendung eines Kapsel-Sahnespenders: Hier wird die eingeschraubte Kapsel aufgrund der Entspannung des Druckgases so kalt, dass es bei der Anwendung sogar zu Gefrierbränden kommen kann.
Die Änderung der Temperatur nach der Drossel entsteht dabei dadurch*, dass der mittlere Teilchenabstand der einzelnen Moleküle während der Entspannung zunimmt, somit wird ein gewisser Aufwand gegen die molekularen Anziehungskräfte verrichtet, wodurch dem Gas letztendlich Wärmenergie entzogen wird.
Beim Wasserstoff und bei einigen wenigen anderen Gasen geschieht allerdings genau das Gegenteil, bei Entspannung an einer Drosselstelle erwärmt sich das Gas. Eine solche Drossel stellt bei thermodynamischer Betrachtung eine isenthalpe Entspannung dar, da sich bei dieser Art des Vorgangs die Summe der inneren Energie U und dem Produkt aus Volumen V und Druck p nicht ändert.
Wichtig für die Berechnung des Temperaturanstiegs ist unter Realbedingungen insbesondere der Joule-Thomsen Koeffizient, welcher ab einer bestimmten Temperatur umgekehrt wird. Diese sogenannte Inversionstemperatur liegt bei Wasserstoff in etwa bei -80°C. Bei Luft beispielsweise entspricht die Inversionstemperatur etwa 450°C, was bedeutet, dass auch Luft sich unter hohen Temperaturen bei einer Entspannung weiter erwärmt. Auf Teilchenebene betrachtet kann man sagen, dass sich die Moleküle ab dieser Temperatur ohnehin eher abstoßen würden, wodurch bei Expansion mehr Arbeit durch die Teilchenwechselwirkungen verrichtet wird, als zugefügt wird.
Der folgende Rechner verarbeitet die Eingaben „Starttempertur“ (vor der Drossel), „Startdruck“ (vor der Drossel) und „Enddruck“ (nach der Drossel). Dabei wird unter Realbedingungen gerechnet, sodass immer möglichst exakte Werte ausgegeben werden können.
Hinweis: Im Realfall findet eine Abgabe von Energie an die Umgebung statt (z.B. durch Rohrwände), dadurch ist der Temperaturanstieg des Gases eventuell geringer als hier berechnet.
*Hinweis: Auch bei einer Verdichtung oder Expansion z.B. im Kolben findet bei Real- und Idealgasen eine Temperaturänderung statt. Diese hat allerdings nichts mit dem Joule-Thomson-Effekt zu tun, sondern mit der verrichteten Volumenarbeit. Insbesondere die Überlagerung dieser beiden Effekte (Volumenarbeit und Joule-Thomson-Effekt) sorgt in komplexen Systemen (wie einer Tankstelle) dabei für rechnerische Schwierigkeiten.
Hinweis: Bei einem idealen Gas ist der Joule-Thomson Effekt nicht beobachtbar.
Hinweis: Die Genauigkeit der Endtemperatur hängt von der gegebenen Starttemperatur ab. Die höchste Genauigkeit wird unter Standardbedingungen (20°C) erzielt, ab ca -40°C – +60°C liegt die Genauigkeit der Berechnung nur noch bei ca. +/- 2%.
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