Efek Joule Thomson

Perubahan temperatur suatu gas atau cairan saat dipaksa melalui suatu katup atau bahan berpori sementara dalam keadaan terinsulasi sehingga tidak ada panas dipertukarkan dengan lingkungan sekitarnya. Semua gas, kecuali helium, hidrogen dan neon akan mendingin dalam proses pengambangan melalui proses Joule Thomson. Dikenal dengan hukum joule yang kedua dikembangkan oleh Koule dengan ilmuwan Inggris, William Thomson (1824-1907). (Untara,2014).

 
Joule Thomson mempunyai gagasan yang baik dengan menggunakan gas (yang kapasitas kalornya rendah) sebagai bak kalornya dan membuar aliran terus menerus sehingga efeknya lebih mudah diukur. Gas dibiarkan memuai melalui suatu sumbat berpori dari satu tekanan tetap ke tekanan tetap lainnya dan memonitor perbedaan temperatur. Seluruh alat diisolasi sehingga proses tersebut adiabatik. Mereka mendapatkan temperatur yang lebih rendahpada sisi yang tekanannya rendah, dan perbedaanya sebanding dengan perbedaan tekanannya.Pendinginn dengan pemuaian adiabatik ini sekarang disebut efek Joule Thomson. (Atkins,1996).
 
Analisis termodinamika dari eksperimen ini bergantung pada adiabatiknya sistem tersebut, sehingga q=0. Untuk menghitung kerja yang dilakukan ketika gas melulai sumbat berpori bayangkanlah jalan gas dalam jumlah tertentu, dari bagian bertekanan tinggi, yang tekanan pi, temperaturnya Ti dan volumenya Vi. Gas muncul dibagian yang bertekanan rendah , yang dalam jumlah yang sama, gas itu mempunyai tekanan pf temperatur Tf dan volume Vf. Gas disebelah kiri dimampatkan secara isotermal dengan gas hulu yang berlaku seperti sebuah piston. Tekanan yang bersangkutan adalah Pi dan volume berubah dari Vi menjadi 0. Oleh karena itu, kerja yang dilakukan oleh gas adalah –pi (0 – Vi), atau pi Vi . Gas memuai secara isotermal dibagian kana sumbat berpori (tetapi mungkin pada temperatur tetap yang berbeda) melawan tekanan pf yang berasal dari perlakuan gas hilir ketika piston terdrong keluar. Volume berubah dari 0 ke V, sehingga pada tahap ini kerja yang dilakukan pada gas adalah –pf (Vf - 0), atau –pf Vf. Kerja total yang dilakukan pada gas adalah jumlah kedua kuantitas ini, atau pi Vi – pf Vf Denagn demikian, perubahan energi dalam gas ketika bergerak pada satu sisi ke sisi lain katup penghisap (Atkins,196) :

dq = 0
∆U = q + w
= 0 + w
∆U = w
∆U = Uf – Ui
Uf – Ui = w
W = -∆PV
W = -(Pf . Vf – Pi . Vi)
W = (Pi . Vi – Pf . Vf)
Uf – Ui = pi . Vi – pf . Vf

Penyusun ulang bentuk ini menghasilkan :
Uf + pfVf = Ui + piVi atau Hf = Hi

Oleh karena itu, pemuaian terjadi tanpa perubahan entalpi, disebut isentalpi. Kuantitas yang diamati adalah perubahan temperatur per satuan perubahan tekanan ∆T/∆p. Penambahan kendala entalpi tetap dan pengambilan batasan p kecil mempunyai arti termodinamikayang diukur adalah (∂T/∂p)H. (Atkins,1996).

Metode modern untuk mengukur µ adalah secara tidak langsung dan menyangkut pengukuran koefisien isotermal Joule Thomson, yaitu kuantitas (∂T/∂p)T. Kalor dapat diketahui dari nilai ∆H gas dan perubahan tekanan tetap ∆p diketahui, maka (∂T/∂p)T dapat diketahui dari nilai limit ∆H/∆p ketika p → 0, dan kemudian dikoefisienkan menjadi µ. Secara umum, gas nyata mempunyai koefisien Joule Thomson bukan nol (walaupun dalam limit tekanan nol) dan tanda koefisien itu dapat positif dan negatif. Tanda poditif berarti dT negatif jika dp negatif, yangdalam hal ini gas pendingin pada pemuaian. Tanda dan besaran µ bergantung pada gas dan kondisinya. Gas yang memperlihatkan efek pemanasan (µ < 0), akan memperlihatkan efek pendinginan (µ > 0) jika temperatur diturunkan sampai dibawah temperatur inversi.(Atkins,1996).

Koefisien Joule Thomson didefinisikan sebagai :
µJ = h

Seperti koefisien diferensial parsial lainnya, koefisien Joule Thomson didefinisikan hanya di dalam bentuk properti termodinamika, sehingga koefisien itu sendiri adalah sebuah properti. Satuan untuk µJ adalah satuan temperatur dibagi dengan satuan tekanan.(Moran,2004).
Untuk gas sempurna, µ = 0 dan temperaturnya tidak berubah pada pemuaian Joule Thomson. Hal ini menunjukkan keterkaitan gaya antar molekul dalam menentukan ukuran efek. Walaupun demikian, koefisien Joule Thomson gas nyata tidak perlu mendekati nol ketika tekanan berkurang.(Atkins,1996).



Daftar Pustaka :
Atkins,P.W.1996.Kimia Fisika Jilid 1 Edisi Keempat.Jakarta:Erlangga.
Moran,Michael J.Shapiro,Howard N.2004.Termodinamika Teknik Jilid 2 Edisi 4.Jakarta:Erlangga.
Untaran,Wahyu.,dkk.2014.Kamus Sains.Yogyakarta:Indonesia Tera.

By: Merinda Lestari 16630059