热力学第一定律确定了系统在状态变化过程中被传递的热量、功和内能之间的相互关系，不论是气体、液体或固体的系统都适用。本节讨论在理想气体的几种平衡过程中，热力学第一定律的应用。

1．焦耳-汤姆孙（Joule-Thomson）实验

在反映真实气体内能的性质方面，有一个著名的焦耳一汤姆孙实验。如果气体分子间有相互作用的势能存在，那么，内能将不仅是温度的函数，而且还将是体积的函数。在这个实验中，使气体在绝热的条件下，从压强较大的空间，经过多孔性物质缓慢地迁移到压强较小的空间。这样的过程叫做焦耳一汤姆孙过程，也叫节流过程。

图 6-6

焦耳一汤姆孙实验的原理示意如图所示。在包有绝热材料的铁管的中部，装有用压缩棉绒或丝绸制成的多孔塞。气体通过多孔塞，容易形成稳定气流、因多孔塞对气流有较大的阻滞作用，从而在两侧维持一定的压强差。此外，在多孔塞的两侧，配有截面积均为的两个活塞与，活塞与管壁间的摩擦力是非常微小的。缓慢地推动活塞，同时也缓慢地移动活塞，使多孔塞左侧的气体经常维持一较大压强，右侧的气体经常维持一较小压强。多孔塞两侧还装有温度

计，用来量度两侧的温度。节流过程是在气体和外界没有热交换的条件下进行的，它是另一类型的绝热过程，因为气体在节流过程中从初状态到末状态所经历的一系列的中间状态都是不平衡的。
    当气流到达稳定状态时，实验指出，在室温附近一切气体在节流过程中，都要降低温度；唯有氢，有微小的温度升高。气体经过这种膨胀过程而发生的温度改变的现象叫做焦耳一汤姆孙效应。凡膨胀后温度降低者叫做正的焦耳一汤姆孙效应，温度升高者叫做负的焦耳一汤姆孙效应。多孔塞两侧的温度差，随气体的性质和两侧压强的差值以及气体的原始温度等因素而异。
    在某一温度下，焦耳一汤姆孙效应的正负将发生改变，这一温度叫做反转温度。每一气体都有其反转温度。空气、氮及氧等的反转温度高于室温，氢的反转温度就是。
    焦耳一汤姆孙效应是一个相当复杂的现象，在此不作详细的分析讨论。可以证明：如果用理想气体进行焦耳一汤姆孙实验，就不会发生温度的改变。

2．真实气体的内能

与理想气体不同，用一般气体进行焦耳一汤姆孙实验时表明有温度的改变，这说明在节流过程中，理想气体不能反映真实气体的行为，或者说真实气体在膨胀前后，内能的增量不能再用表示。

代表的仅是分子各种运动能量的改变，而真实气体的内能除了包含各种分子动能外，还应该包含分子间相互作用的势能。焦耳一汤姆孙实验的重要意义在于它揭示了真实气体内能中分子相互作用势能的存在。