Температура инверсии в термодинамике и криогенике — это критическая температура, ниже которой неидеальный газ (в действительности все газы), расширяющийся при постоянной энтальпии, будет испытывать понижение температуры, а выше которой будет испытывать повышение температуры. Это изменение температуры известно как эффект Джоуля-Томсона и используется при сжижении газов . Температура инверсии зависит от природы газа.
Для газа Ван-дер-Ваальса мы можем рассчитать энтальпию, используя статистическую механику , как
где — число молекул, — объем, — температура (по шкале Кельвина ), — постоянная Больцмана , а и — константы, зависящие от межмолекулярных сил и молекулярного объема соответственно.
Из этого уравнения, если энтальпия остается постоянной и происходит увеличение объема, температура должна меняться в зависимости от знака . Таким образом, наша температура инверсии задается там, где знак меняется на нуле, или
где — критическая температура вещества. Так , для расширение при постоянной энтальпии увеличивает температуру, поскольку работа, совершаемая отталкивающими взаимодействиями газа, является доминирующей, и поэтому изменение кинетической энергии положительно. Но для расширение вызывает уменьшение температуры, поскольку работа притяжения межмолекулярных сил доминирует, давая отрицательное изменение средней молекулярной скорости, и, следовательно, кинетической энергии. [1]
