1r ciclo Efecto Joule- Thompson

[kasio]

Hola, esta mirando sobre el tema, y he visto que los únicos gases que al expandirse adiabáticamente aumentan su temperatura son el hidrógeno y el helio.
¿Qué tienen en común estos dos gases para que ocurra ésto? Aparte de llevar la contraria, claro .

Gracias por vuestro tiempo.

[Alriga]

Re: Efecto Joule- Thompson

A una presión fija dada, que un gas aumente o disminuya su temperatura en una expansión adiabática depende del signo del coeficiente de Joule-Thomson $\mu_{JT}$ a la temperatura inicial.

Si a Tinicial $\mu_{JT}>0$ la temperatura disminuye
Si a Tinicial $\mu_{JT}=0$ la temperatura permanece constante
Si a Tinicial $\mu_{JT}<0$ la temperatura aumenta

Se llama punto de inversión a la temperatura a la que el coeficiente cambia de signo pasando de positivo a negativo. (En el punto de inversión $\mu_{JT}=0$ )

A presión atmosférica, los gases normales, (nitrógeno, anhídrido carbónico,...) tienen el punto de inversión a temperaturas superiores a los 600 K. Por lo tanto si realizamos la expansión adiabática a temperatura ambiente, aprox. 300 K, ahí $\mu_{JT}>0$ y el gas se enfría.
En cambio el hidrógeno tiene el punto de inversión a presión atmosférica a 193 K. Por lo tanto si realizamos la expansión adiabática a temperatura ambiente, aprox. 300 K, ahí $\mu_{JT}<0$ y el hidrógeno se calienta. Para el Helio aún es peor pues su punto de inversión está a 36 K. (El Neón también tiene su punto de inversión por debajo de la temperatura ambiente, pero no he encontrado el valor)
Lo verás muy claro si miras el gráfico adjunto, en el que aparece el Coeficiente de J-T a presión atmosférica en función de la temperatura para algunos gases reales.

Joule-Thomson curves

Saludos.

[kasio]

Re: Efecto Joule- Thompson

A una presión fija dada, que un gas aumente o disminuya su temperatura en una expansión adiabática depende del signo del coeficiente de Joule-Thomson $\mu_{JT}$ a la temperatura inicial.

Si a Tinicial $\mu_{JT}>0$ la temperatura disminuye
Si a Tinicial $\mu_{JT}=0$ la temperatura permanece constante
Si a Tinicial $\mu_{JT}<0$ la temperatura aumenta

Se llama punto de inversión a la temperatura a la que el coeficiente cambia de signo pasando de positivo a negativo. (En el punto de inversión $\mu_{JT}=0$ )

A presión atmosférica, los gases normales, (nitrógeno, anhídrido carbónico,...) tienen el punto de inversión a temperaturas superiores a los 600 K. Por lo tanto si realizamos la expansión adiabática a temperatura ambiente, aprox. 300 K, ahí $\mu_{JT}>0$ y el gas se enfría.
En cambio el hidrógeno tiene el punto de inversión a presión atmosférica a 193 K. Por lo tanto si realizamos la expansión adiabática a temperatura ambiente, aprox. 300 K, ahí $\mu_{JT}<0$ y el hidrógeno se calienta. Para el Helio aún es peor pues su punto de inversión está a 36 K. (El Neón también tiene su punto de inversión por debajo de la temperatura ambiente, pero no he encontrado el valor)
Lo verás muy claro si miras el gráfico adjunto, en el que aparece el Coeficiente de J-T a presión atmosférica en función de la temperatura para algunos gases reales.

Joule-Thomson curves

Saludos.

Gracias por la respuesta. Pero me sigue quedando la duda, ¿qué ocurre a nivel molecular para que el coeficiente sea negativo a temperatura ambiente? me refiero al origen fisico del motivo.

Un saludo!

[Alriga]

Re: Efecto Joule- Thompson

Pero me sigue quedando la duda, ¿qué ocurre a nivel molecular para que el coeficiente sea negativo a temperatura ambiente? me refiero al origen fisico del motivo

Pues yo tampoco lo sé. De todas maneras, la temperatura ambiente y la presión atmosférica de la Tierra no tienen nada de particular como para que las tomemos como referencia para este tipo de comportamiento.
Si estuvieses en el planeta Júpiter, cuya temperatura es de 120 K, allí a 1 atmósfera en la expansión adiabática el Helio se calentaría y el hidrógeno se enfriaría.
Si miras el diagrama que te he adjuntado, también podrías preguntarte ¿por qué el punto de inversión del nitrógeno es 600 K y el del anhídrido carbónico es superior a 1100 K? Hay mayor diferencia entre el N2 y el CO2 que entre el H2 y el N2 Curvas Coeficiente Joule-Thomson
Supongo que podría ser debido a que las Fuerzas de Van der Waals pueden tomar un amplio abanico de valores en función de cual sea la composición molecular del gas.
Saludos