1852-ben William Thomsonnal (aki később Lord Kelvin lesz) együttműködve Joule kísérletet végzett, amelynek során állandó sebességgel pumpáltak gázt egy ólomcsövön keresztül, amelyet egy konstrukció létrehozásához rögzítettek. A szűkület upstream oldalán a gáz nagyobb nyomáson volt, mint a szűkület downstream oldalán. A gáz hőmérsékletét a szerkezet mindkét oldalán gondosan ellenőrizték. A hűtés, amelyet megfigyeltek, amikor a gáz nagynyomású tartományból alacsonyabb nyomású tartományba bővült, rendkívül fontos volt, és a modern hűtőszekrények közös tervezéséhez vezetett.

nem minden gáznak van hűtő hatása a táguláskor. Egyes gázok, mint például a hidrogén és a hélium, melegítő hatást fognak tapasztalni, ha szobahőmérséklet és nyomás közelében tágulnak. A hőmérsékletváltozás irányát a Joule-Thomson együttható, \(\mu_{JT}\) mérésével lehet meghatározni. Ennek az együtthatónak a meghatározása

\

vázlatosan a Joule-Thomson együttható mérhető a hőmérséklet csökkenésének mérésével vagy a gáz adott nyomásesésnél történő növelésével (\(\PageIndex{1}\) ábra). A készüléket úgy szigetelik, hogy ne kerüljön hő be vagy ki, így a tágulás izenthalpikus.

a Joule-Thomson együttható tipikus viselkedését a \(\PageIndex{2 ábra foglalja össze}\). A \(T\) és \(p\) kombinációknál, amelyeknél \(\mu_{JT} > 0\) (az árnyékolt területen belül) a minta hűlni fog a bővítéskor. Azokban a\ (p\) és\ (T\) körülmények között az árnyékolt régión kívül, ahol \(\mu_{JT} < 0\), a gáz táguláskor hőmérséklet-emelkedésen megy keresztül. És a határ mentén, a gáz megy keresztül sem a hőmérséklet-emelkedés nem csökken a terjeszkedés. Egy adott nyomáshoz általában két hőmérséklet van, amelyeken\ (\mu_{JT}\) megváltoztatja a jelet. Ezek a felső és az alsó inverziós hőmérsékletek.

a matematika eszközeivel a Joule-Thomson együtthatót mérhető tulajdonságokkal lehet kifejezni. Tekintsük az entalpiát a nyomás és a hőmérséklet függvényében: \(H (p, T)\). Ez azt sugallja, hogy a teljes differenciál \(dH\) kifejezhető

\

később (ismét, miután kifejlesztettük a Maxwell-kapcsolatokat), hogy

\

egy egyszerű helyettesítés azt mutatja, hogy

\

So

\

egy ideális gáz esetében, \(\alpha = 1/T\), tehát

\

ami az első kifejezés eltűnését okozza. Tehát állandó entalpia expanzió esetén (\(dH = 0\)) a hőmérséklet nem változhat (\(dT = 0\)). Ez azt jelenti, hogy a gázok csak nem nulla értékeket mutatnak \(\mu_{JT}\) csak azért, mert eltérnek az ideális viselkedéstől!