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”