Fazne spremembe snovi fb
 

Fazne spremembe




Friderika Lavrič, avtor/ica gradiva, nudi inštrukcije fizike v naslednjih krajih: Ljubljana.

Skype Učitelj/ica omogoča inštrukcije tudi prek Skypa.


V poglavju Toplotno ravnovesje smo spoznali, kako se spreminja agregatno stanje ali faza snovi, če ji dodajamo ali odvzemamo toploto. Kot primer smo vzeli vodo v trdnem stanju - led, ga segrevali (dovajali toploto) in merili temperaturo. Led se je najprej segrel do temperature tališča nakar se je pričel taliti. Vse dokler se ni popolnoma stalil, je ostala njegova temperatura nespremenjena. Šele, ko se je led popolnoma stalil, je pričela temperatura naraščati. Naraščala je vse do , ko je voda zavrela. Med stalnim dodajanjem toplote se je voda postopoma spreminjala v paro - v plinasto stanje, temperatura pa je ostala nespremenjena, vse dokler ni voda popolnoma izparela. Šele takrat smo lahko segrevali paro.


V tem poglavje bomo videli, da sta tališče in vrelišče snovi odvisna ne samo od temperature, pač pa tudi od tlaka.


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Spoznali bomo, kaj je izhlapevanje, nasičen parni tlak in relativna vlažnost in kako so odvisni od temperature.


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Diagram stanj



Diagram stanj nam kaže, pod katerimi pogoji (tlak, temperatura) je snov v trdnem, kapljevinastem ali plinastem stanju in kdaj prehaja snov iz enega stanja v drugo.


Kot primer poglejmo diagram stanj vode:


Slika 1: diagram stanj vode



Osi diagrama so:

  • x os: absolutna temperatura (Kelvini)

  • y os: plak (Pascali)


Kot zanimivost si najprej poglejmo primer iz praktičnega življenja: pri tlaku 1 bar (kolikor znaša tlak ob površju zemlje) sta na diagramu označeni dve točki:

  • točka predstavlja temperaturo tališča. Ta temperatura znaša 273 K (oziroma 0 stopinj Celzija); kot vemo je to temperatura ledišča.

  • očka predstavlja temperaturo vrelišča. Ta temperatura znaša 373 K (oziroma 100 stopinj Celzija); kot vemo je to temperatura vrelišča.


Opišimo sam diagram. Opazimo, da je diagram razdeljen na tri dele, kjer vsak del predstavlja eno fazo snovi:

  • plinasto stanje vode (para);

  • kapljevinasto stanje vode (tekoča voda);

  • trdno stanje vode (ledeno vodo).

Pri tem opazimo posebno točko, ki je na grafu označena s tt, v njej pa se stikajo vse tri veje (a), (b), (c). To točko imenujemo trojna točka, v tej točki pa so v ravnovesju vse tri faze snovi: trdna snov (led), kapljevina in plin (para). Oziroma povedano drugače: v tej točki voda istočasno zmrzuje, izpareva in neposredno prehaja iz trdnega v plinasto stanje (sublimira). Točka se nahaja pri temperaturi 273,16 K ali in tlaku 611,73 Pa, kar je približno 0,6 % normalnega zračnega tlaka (1 bar).


Poglejmo si podrobneje veje (a), (b), (c). Veje predstavljajo fazne prehode in razmejujejo različne faze snovi:

  • Veja (a)


    Veja (a) predstavlja odvisnost tlaka od temperature, ko je voda v ravnovesju s paro - vrelišče.


    Iz diagrama razberemo, da čim višji je tlak, tem višja je temperatura vrelišča. Na koncu te veje je kritična točka kt. Nahaja se pri temperaturi 647 K in tlaku 22 MPa. To je mejna točka, ko ne moremo več razločevati plinaste in kapljevinaste faze snovi.


    Na veji opazimo točko . Kot rečeno, je to je temperatura vrelišča pri normalnem zračnem tlaku 1 bar (temperatura vrelišča pri omenjenem tlaku je torej 373 K oziroma ).


  • Veja (b)


    Veja (b) predstavlja ravnovesje med trdno snovjo in kapljevino - tališče.


    Iz diagrama razberemo, da pri visokih tlakih temperatura tališča pade. Voda se tali pri nižji temperaturi, kar je v skladu s primeri, ki smo jih spoznali v uvodu.


    Na veji opazimo točko . Kot rečeno, je to je temperatura tališča pri normalnem zračnem tlaku 1 bar (temperatura vrelišča pri omenjenem tlaku je torej 273,16 K oziroma ).


  • Veja (c)


    Veja (c) predstavlja ravnovesno stanje med trno in plinasto fazo.


    Dogaja se pri tlakih, ki so manjši od tlaka trojne točke - 611,73 Pa. Voda prehaja neposredno iz trdnega stanja v plinasto ali obratno. Pojavu pravimo sublimacija, obratni proces pa resublimacija. Za sublimacijo potrebuje toploto iz okolice, pri resublimaciji v okolico oddaja toploto.


Tlak nasičene vodne pare



Voda prehaja iz tekočega v kapljevinastno stanje tudi pri normalnem zračnem tlaku 1 bar in temperaturah, ki so nižje od temperature vrelišča. Pravimo, da izhlapeva.


Mehanizem izhlapevanja razumemo, če vemo, da imajo molekule vode zaradi toplote določeno hitrost odnosno kinetično energijo. Če ima posamezna molekula določen trenutek dovolj veliko kinetično energijo, lahko zapustijo vodo in se v zraku pojavijo kot plin. Če je prostor, kjer voda izhlapeva odprt, voda prej ali slej popolnoma izhlapi.


Če izhlapeva voda v zaprtem prostoru, vodni hlapi povzročijo povečanje zračnega tlaka za delni tlak vode v zraku.


S pomočjo plinske enačbe ga lahko tudi izračunamo:



Zaradi povečanja delnega tlaka vodne pare se izhlapevanje prej ali slej ustavi. Kdaj se bo ustavilo, je odvisno od povprečne hitrosti molekul v zraku - torej od temperature. Število molekul, ki zapusti kapljevino se takrat izenači s številom molekul, ki se v kapljevino vrača. Pravimo, da je zrak nasičen z vlago.


Odvisnost tlaka nasičene pare od temperature kaže slika 2.


Slika 2: tlak nasičene vodne parev odvisnosti od temperature



Definirajmo še pojem relativne vlažnosti zraka. Relativna vlažnost zraka nam pove, kolikšen je delni tlak vodne pare glede na tlak nasičene vodne pare. Največkrat ga izražamo v odstotkih:




Tlak nasičene vodne pare v odvisnosti od temperature podajmo še s tabelo:



Tlak nasičene vodne pare je največji možen delni tlak vodne pare v zraku. Voda takrat ne more več izhlapevati. Odvisen je od temperarure T.


Relativna vlažnost zraka je razmerje med tlakom vodne pare v zraku in nasičenim tlakom :




100% vlaga pomeni, da je delni tlak vodne pare v zraku enak nasičenemu tlaku.



Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »



glavni avtor in urednik gradiva: Satcitananda podjetje za proizvodnjo, trgovino in izobraževanje d.o.o., Ljubljana