Термодинамічна теорія ефекту Джоуля-Томсона

Розглянемо тепер термодинамічну теорію такого процесу. Нехай з різних боків корка (див. рис.1) підтримується мала різниця тисків . Відповідна їй різниця температур вимірюється у досліді. Течію газу вважатимемо стаціонарною. Поставимо задачу таким чином, щоб знаючи різницю тисків і рівняння стану, можна було розрахувати різницю температур. Використаємо твердження, що при такому процесі ентальпія газу залишається незмінною . Тоді, нехтуючи величинами вищого порядку малості, можна записати

Оскільки , а , то виходить

Якщо газ ідеальний, то , і , а тому . Таким чином ефект Джоуля-Томсона для ідеальних газів не спостерігатиметься. Але для реальних газів відбувається або нагрівання, або охолодження. У випадку, коли різниці тисків у процесі перетікання газу малі, а значить і мала різниця температур, то такий процес називають диференціальним ефектом Джоуля-Томсона - . Розрізняють інтегральний ефект, коли різниця тисків великі і становлять десятки або навіть сотні атмосфер. В такому разі і різниця температур також велика, що можна застосовувати в техніці для отримання низьких температур. Останній процес не є рівноважним, але його можна представити як неперервна послідовність диференціальних ефектів. В такому випадку ми представимо інтегральний процес квазістатичним. Таким чином можна отримати вираз

Такий вираз можна використовувати лише для визначення параметрів газу в кінцевому стані.