9 ผลของจูล – ทอมสัน

ผลของจูล – ทอมสัน (Joule – Thomson (J-T) effect)

      เมื่ออากาศถูกลดปริมาตรลง ที่อุณหภูมิห้อง เอนทาลปี หรือปริมาณความจุความร้อน ก็จะลดน้อยลง

      ซึ่งปริมาตรจะแปรผันแบบผกผันกับความดัน ความดันก๊าซจะมีมากขึ้น (เกิดจากการอัดตัว) แล้วเมื่อไหลผ่านวาล์วที่มีช่องทางขนาดเล็ก อุณหภูมิจะลดลง

      ขณะเดียวกัน เอ็นทาลปีก็จะลดลงในระหว่างการอัดนี้ นี้คือหลักการทำความเย็นอย่างง่าย ๆ ที่มีการเปลี่ยนแปลงทางความร้อนระหว่างเครื่องอัด และวาล์วขยายตัว (Expansion valve)  

รูปตัวอย่างเครื่องอัด

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

รูปตัวอย่างของวาล์วขยายตัว

      เมื่อใช้ความดันที่สูงพอ พร้อมกับมีการทำฉนวนที่ดีอุณหภูมิก็จะลดลงอย่างต่อเนื่อง แต่ทว่าเมื่อนำมาใช้กับอากาศ อากาศที่นำมาใช้ในการทำความเย็นจะได้ค่าความเย็นน้อย ด้วยวิธีนี้ อากาศจึงไม่เหมาะที่จะนำมาใช้ในการทำความเย็น จึงสมควรที่จะใช้สารความเย็นประเภทอื่นแทน

รูปผังวงจรทำความเย็นในรถยนต์

      สารที่ใช้ทำความเย็นในระบบไครโอเจนิกส์ เช่น ฮีเลียม และไฮโดรเจน ในระหว่างการอัดที่อุณหภูมิห้องจะมีเอนทาลปีเพิ่มขึ้น อุณหภูมิจะสูง จนเป็นก๊าซ เกิดความร้อนขึ้น ก็จะเกิดการขยายตัว เมื่อวิ่งผ่านท่อทาง และวาล์วขยายตัวแล้ว อุณหภูมิก็จะลดลง และกลายสถานะเป็นของเหลว พร้อมที่จะเดือดเป็นไอ เมื่อได้รับความร้อนจากพื้นที่ที่ต้องการให้มีความเย็น

      การขยายตัวแบบจูล-ทอมสัน  ไม่ได้เป็นกระบวนการทำงานแบบย้อนกลับได้ ทางเทอร์โมไดนามิกส์และในทางความเป็นจริงเอนโทรปีจะเพิ่มขึ้นในระหว่างที่สารเกิดการขยายตัว วิธีการนี้โรงงานที่ทำอุตสาหกรรมด้านความเย็นจะนำมาใช้ในยุคแรก ๆ

      ข้อเสียของการทำความเย็นแบบไม่สามารถย้อนกลับได้นี้ ก็คือ มีการปล่อยสารทำความเย็นออกสู่ชั้นบรรยากาศ นานไปจะมีผลกระทบกับสภาพบรรยากาศของโลก

      ในวิธีการของจูล-ทอมสัน ที่ใช้สารฮีเลียมเป็นตัวทำความเย็น สามารถทำอุณหภูมิได้ต่ำประมาณ 40K ประสิทธิภาพของวาล์วที่ทำงานแบบจูล-ทอมสัน จะมีการขยายตัวของไอความดันสูงแบบไอเซนทาลปิก

รูปการเกิดน้ำแข็งเกาะ สารความเย็นคือฮีเลียม

      ถ้าอุณหภูมิช่วงขาเข้ามีอุณหภูมิต่ำเกินไป การขยายตัวแบบจูล-ทอมสัน จะก่อให้เกิดเฟสผสม 2 เฟส คือ ฮีเลียมที่มีทั้งสถานะที่เป็นของเหลว และก๊าซ ในการคำนวณจะพบสถานะของการขยายตัวในส่วนสมดุลของเอนทาลปีระหว่างไอที่มีความดันสูง และเฟสผสม

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“อานิสงส์ของการบำรุงบิดา มารดา

1. ทำให้เป็นคนมีความอดทน

2. ทำให้เป็นคนที่มีสติรอบคอบ

3. ทำให้เป็นคนมีเหตุผล

4. ทำให้พ้นทุกข์ พ้นภัย

5. ทำให้ลาภได้ง่าย

6. ทำให้แคล้วคลาดภัยในยามคับขัน

7. ทำให้เทวดาลงมารักษา

8. ทำให้ได้รับการยกย่องสรรเสริญ

9. ทำให้มีความเจริญก้าวหน้า

10. ถ้ามีลูก ก็จะได้ลูกที่ดี

11. ทำให้มีความสุข

12. ทำให้เป็นแบบอย่างอันดีแก่อนุชนรุ่นหลัง”