줄-톰슨 효과 문서 원본 보기

'''줄-톰슨 효과'''(Joule-Thomson Effect)는 1852년 '''[[제임스 프레스콧 줄]]과 [[윌리엄 톰슨]]'''에 의해 발견된 열역학적 현상이다. 이 효과는 '''[[실제 기체]]([[이상기체|이상 기체]]와 구별) 또는 액체가 단열 상태에서 노즐을 통과하며 팽창할 때 온도가 변하는 현상'''을 말한다.

== 줄-톰슨 효과의 원리 ==
줄-톰슨 효과는 다음과 같은 원리에 의해 발생한다.
* '''단열 상태''': 노즐을 통과하는 과정에서 열 유입이나 유출이 없도록 단열 상태를 유지한다.
* '''[[엔탈피]] 불변''': 단열 상태에서 엔탈피는 일정하게 유지된다. 엔탈피는 열에너지와 압력 곱하기 부피의 합으로 정의한다.
* '''압력 감소''': 노즐을 통과하면서 기체는 빠른 속도로 흐르게 되고, 이에 따라 압력이 감소한다.

== 온도 변화 ==
줄-톰슨 효과에서 '''온도 변화 방향'''은 '''기체의 종류'''와 '''초기 압력 및 온도'''에 따라 다르다.
* '''대부분의 기체''': 상온에서 대부분의 기체는 줄-톰슨 팽창 과정에서 '''온도가 감소'''한다. 예를 들어, 공기, 질소, 산소 등이 여기에 속한다.
* '''일부 기체''': 헬륨, 수소 등 일부 기체는 상온에서 줄-톰슨 팽창 과정에서 '''온도가 상승'''한다.
* '''임계 온도''': 특정 기체의 경우, '''임계 온도''' 이상에서는 온도가 감소하고, 임계 온도 이하에서는 온도가 상승한다.

== 응용 분야 ==
줄-톰슨 효과는 다음과 같은 다양한 분야에 응용되고 있다.

* '''냉동 시스템''': 냉동 시스템에서 액체 냉매가 노즐을 통과하며 팽창하여 기체가 되면서 온도가 낮아지는 원리를 이용한다.
* '''액화 가스 생산''': 천연 가스, 헬륨 등을 액화하는 과정에서 줄-톰슨 효과를 이용한다.
* '''가스 터빈 엔진''': 가스 터빈 엔진에서 연료가 팽창하면서 발생하는 동력을 얻는 데 이용한다.

== 줄-톰슨 계수 ==
줄-톰슨 효과를 정량적으로 나타내는 지표로 줄-톰슨 계수(µ)가 사용된다. 줄-톰슨 계수는 다음과 같은 식으로 계산된다.
 <code>µ = (∂T/∂P)_H</code>

* µ: 줄-톰슨 계수
* T: 온도
* P: 압력
* H: 엔탈피

줄-톰슨 계수가 '''양수'''이면 온도가 감소하고, '''음수'''이면 온도가 상승한다.

== 추가 정보 ==
* 줄-톰슨 효과는 [[열역학 제2법칙]]과 밀접하게 관련되어 있다.
* 줄-톰슨 효과는 이상 기체 모델에서는 정확하게 설명되지 않으며, 실제 기체의 경우 비이상성을 고려해야 한다.

== 같이 보기 ==
* [[임계점 (열역학)]]
* [[엔탈피]], [[등엔탈피 과정]]
* [[이상기체]]
* [[냉장]]
* [[가역과정]]

{{전거 통제}}
{{위키데이터 속성 추적}}

[[분류:열역학]]
[[분류:저온물리학]]
[[분류:기체]]
[[분류:HVAC]]
[[분류:공업열역학]]