Defina o efeito Joule-Thompson visualizado na liquefação de gases. Como foi descoberto?

Passo 1

O enunciado pede para definirmos o efeito Joule–Thomson que aparece na liquefação de gases e contar como ele foi descoberto. Vamos usar conceitos de termodinâmica de gases reais, em especial o processo de estrangulamento (expansão sem troca de calor e sem trabalho exterior), onde a entalpia se mantém constante.

Passo 2

O efeito Joule–Thomson é o fenômeno em que um gás real, ao passar por uma válvula de estrangulamento (ou orifício) e sofrer expansão sem troca de calor com o meio (processo adiabático) e sem realização de trabalho externo, apresenta variação de temperatura. Em termos práticos, ao manter a entalpia H constante, certos gases esfriam (queda de temperatura) ao se expandirem, e esse resfriamento é a base de muitos processos de liquefação de gases. O sinal e a magnitude da variação de temperatura dependem da natureza do gás e da temperatura inicial em relação ao seu “ponto de inversão”.

Passo 3

O efeito foi descoberto experimentalmente em meados do século XIX por James Prescott Joule e por William Thomson (mais tarde Lord Kelvin). Joule realizou em 1852 experimentos de expansão de gases através de um orifício, medindo temperatura antes e depois do estrangulamento, e observou que alguns gases esfriavam nesse processo. Thomson colaborou analisando teoricamente a entalpia constante e estabelecendo o conceito de “temperatura de inversão”, ou seja, a temperatura acima da qual o gás se aquece em vez de esfriar na mesma expansão. A combinação desses trabalhos levou ao entendimento do efeito que hoje leva seus nomes.

Resposta

O efeito Joule–Thomson é o resfriamento (ou aquecimento) que um gás real sofre ao expandir-se adiabaticamente através de um orifício mantendo entalpia constante, fenômeno fundamental na liquefação de gases. Foi descoberto em 1852 por Joule em experimentos de estrangulamento de gases, e mais tarde explicado por Thomson, que introduziu o conceito de temperatura de inversão.

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