Termodinamica_Transformari de Faza

7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza

1/45

Transformri de faz

Prof. Costin-Ionu Dobrot

COLEGIUL NAIONAL DIMITRIE CANTEMIR ONETI

Ianuarie, 2016

http://fizicaliceu.wikispaces.com
http://fizicaliceu.wikispaces.com/http://fizicaliceu.wikispaces.com/


2/45

CD @2016

1. Stri de agregare: solid, lichid, gazoas. Clduri latente

2. Izotermele lui Andrews. Starea critic. Lichefierea gazelor3. Vaporizarea i condensarea

Vaporizarea n vid

Vaporizarea n atmosfer gazoas. Viteza de evaporare

Fierberea4. Topirea i solidificarea

5. Sublimarea i desublimarea

6. Starea tripl a substanei. Definirea Kelvinului

Transformri de faz


3/45

CD @2016

GAZ LICHID

1. Stri de agregare: solid, lichid, gazoas

Proprieti: Densiti mici

Uor de comprimat

Agitaia termic: micridezordonate

Distane mari ntre molecule

Fore intermoleculare mici

Proprieti: Densiti medii

Incompresibil

Agitaia termic: ordine local

Distane medii ntre molecule

Fore intermoleculare mari

Propriet Densi

Crista

Agitaale at

Dista

Fore


4/45

CD @2016

http://www.sc

19/Properties%

/text/Structure

1. Stri de agregare: solid,

lichid, gazoasSolide: Cristaline

Amorfe

http://2012books.lardbucket.org/books/principleschemistry-v1.0/s14-01-gaseous-elements-and-com


5/45CD @2016


https://en.wikipedia.org

Argon n stare solid, lic


6/45CD @2016


Sublimare

Desublimare

LICHID

GAZ

SOLID

Def: Transform

ordinul I: trecere

faz n alta, nscldur cu

Transformrile de

sunttransformrid

Substana prime Topire

Vaporizare

Sublimare

Substana cedeaz Solidificare

Condensare

Desublimare


7/45CD @2016

1. Stri de agregare: solid, lichid, gazoas. Clduri latente

Def: Cldura latent specific()estecldura necesar unitiidemasdintr-osubstadintr-o stare de agregarenalta(constantde material).

SI

, 1 Q Jm kg

vaporizare condensare

topire solidificare

sublimare desublimare

sublimare topire vaporizare

Substana Temperatura

de topire (oC)

Cldura

latent de

topire (kJ/kg)

Temperatu

fierbere

Apa 0 334 100

Alcool etilic 114 108 78,3

Oxigen 219 13,9 183

Azot 210 25,7 196

Heliu 272,2 (0,95K) 3,45 268,93

Fier 1530 270 3050


8/45CD @2016

2. Izotermele lui Andrews. Starea critic. Lichefierea gazelor

p

V

Izotermele lui Andrews

grafice, n coordonate pcomprimarea latemperatu

gaz real. (Andrews: CO2)


9/45

CD @2016


V

pIzotermele lui Andrews




10/45

CD @2016


p

V





11/45

CD @2016


p

V





12/45

CD @2016


p

V





13/45

CD @2016


p

V





14/45

CD @2016


C: punctul critic (starea crcare se reduce intervalul de v

lichefierea, stare caracterizat

critici:Vcvolum criticpc presiune criticTc temperatur critic

p

V

Tc

pc

Vc

C

T1T2

T3

T4

c1 2 3 4T TT T T

Dac T> Tcsubstana eindiferent de presiune

Dac T< Tcsubstana epn la presiunea la care


15/45

CD @2016


Def: Vapori saturai: vapordinamic cu faza lichid din fazasolid!!!).

Def: Echilibru dinamic: nucare trec din faza lichid n

egal cunumrulde molecule vaporinfazalichid, n acelaDef: Echilibrul fazelor: ma

ale substanei nu se modific

dinamic)

p

V

Tc

T1T2

T3

T4

OBS:

Vapori saturai:vaporiisuVaporisaturani:vaporiicare seafl


16/45

CD @2016


Aplicaiiale lichefierii gazelor: Maina frigorific,aparatul de aercondiionat

Vase Dewar (termos)

Butelii de aragaz, bricheta: gaz lichefiat

Importana obineriitemperaturilor joase: Cldurilespecifice semicoreaz, tinzndla zerocndtemperatura tinde la 0 K.

Fenomenul de supraconductibilitate: conductibilitateaelectric cretebrusc la temp

Pierdereaelasticitii: unelesubstanedevin casante (cauciucul, fierul)

Unele corpuri devin fluorescente (emitlumin)

Metode de lichefiere a gazelor:

Comprimareizoterm, rcire izobar

Rcire icomprimaresimultan,folosind amestecurircitoare:ghea iNaCl,ghea

Rcire ntrepte

Destindereaadiabatic


17/45

CD @2016

3. Vaporizarea i condensarea

VAPORIZAREA N VOLUM LIMITAT

Vaporizare n vid

Vaporizare n atmosfer gazoas

VAPORIZAREA N VOLUM NELIMITAT

Evaporare: are loc numai la suprafaa lichidului

Fierbere: are loc n toat masa lichidului


18/45

CD @2016

Hg

Vid


VAPORIZAREA N VID

3 V i i d


19/45

CD @2016

Hg

Vid


VAPORIZAREA N VID

Vapori

3 V i i d


20/45

CD @2016

Hg

Vid


VAPORIZAREA N VID

Vapori

3 V i i d


21/45

CD @2016

Hg

VidVapori

saturani


VAPORIZAREA N VID

3 V i i d


22/45

CD @2016

Hg

VidVapori

saturani


VAPORIZAREA N VID

Vaporizareanvid:

Vaporizareanvid es Vaporizarea n vid

presiunea vaporilor

valoare maxim, ps.

obinuise numesc vsenumetepresiunecondiiiledate detem presiunea vap

depinde de mas

masa vaporilor

lichidul

presiunea vapor

constant att rmne constant

la o temperavaporilorsaturanatura lichidului

3 Vaporizarea i condensarea


23/45

CD @2016

Presiunea vaporilor saturani ai apei (0100 C)

T (C) P (kPa) P (torr) P (at

0 0.6113 4.5851 0.006

5 0.8726 6.5450 0.008

10 1.2281 9.2115 0.012

15 1.7056 12.7931 0.016

20 2.3388 17.5424 0.023

25 3.1690 23.7695 0.031

30 4.2455 31.8439 0.041

35 5.6267 42.2037 0.055

40 7.3814 55.3651 0.072

45 9.5898 71.9294 0.094

50 12.3440 92.5876 0.121

55 15.7520 118.1497 0.155

60 19.9320 149.5023 0.19665 25.0220 187.6804 0.246

70 31.1760 233.8392 0.307

75 38.5630 289.2463 0.380

80 47.3730 355.3267 0.467

85 57.8150 433.6482 0.570

90 70.1170 525.9208 0.692

95 84.5290 634.0196 0.834

100 101.3200 759.9625 1.000


VAPORI SATURANI



24/45

CD @2016


VAPORIZAREA N ATMOSFER GAZOAS

Aer

Hg



25/45

CD @2016



Hg

Aer

+

Vapori

Hg



26/45

CD @2016



Hg

Aer

+

Vapori

saturani

Hg



27/45

CD @2016



HgHg

Aer

+

Vapori

saturani

Vaporizarean atmosfer gazoa

Vaporizarea n atmosferlent

Presiunea vaporilor satusubstane ntr-o atmosferaceeaica icum vaporii antregulvolum,adicestei

presiunea gazului

Presiunea unui amestec desaturani este egal cu su

pariale pe care le-ar component n parte dac antregulvolum laaceeai te



28/45

CD @2016


EVAPORAREA: vaporizare la suprafaa lichidului

Evaporarea are locdac:

Mediul ambiant nu este saturat cu vaporii

lichidului,adicpresiunea vaporiloraflain atmosfera ambiant la temperaturamediului (pV) trebuie s fie mai micdectpresiunea vaporilorsaturanila aceatemperatur(pS): pV< pS

Presiunea atmosferei de deasupra

lichidului (p0) este mai mare dectpresiunea vaporilor saturani latemperatura lichidului (pS): p0> pS

Viteza de evaporare:

Este direct proporional culibere a lichidului

Este directproporionalcupSpV

Este invers proporional atmosferei de deasupra lichid

k constant de volatilitatelichidului i de viteza curatmosfer

S v k

Lichidele volatile au temperatura de fierbere mic ievaporare:aceton,spirt, alcool, eter. Aplicabilitate: parfum



29/45

CD @2016


FIERBEREA: vaporizaren toat masa lichidului

Un lichid ncepe s fiarb cnd presiunea maxim a vaporilor si saturani (pS) este egaatmosferei de deasupra lichidului.

Temperatura de fierbereeste temperatura vaporilor n imediata vecintate a suprafeei lichiconstant.

Temperatura de fierbere:

Rmne constant la presiune constant Depinde de presiune: crete (neliniar) odat cu creterea presiunii (exemplu APA: oal su

vrful muntelui, ap cald n sering vidat) Depinde numai de natura lichidului, la o presiune dat (exemplu: distilarea separarea co

amestec de lichide)

T

TfierbereL + V



30/45

CD @2016


CONDENSAREA

Este transformarea vapori lichid, nsoit de

pierdere decldur Explicformarea norilor, distilarea, roua

Cldura latent de condensare are aceeaisemnificaiecu cea aclduriilatente de vaporizare(condensarea este procesul inversvaporizrii)

Condensareai vaporizarea potncepe n prezenaunor germeni care faciliteaz transformarea defaz: particule de praf sau fum, particuleelectrizare,picturide lichid sau bule de gaz dejaformate



31/45

CD @2016


CONDENSAREA: punctul de rou

Temperatura punctului de rou saupunctul de rou al unui amestec formatdintr-un gazivaporii unui lichid (cel maiadesea aer umed) reprezint temperaturala care trebuie rcit amestecul pentru cavaporii s devin saturani i deci snceap sse condenseze,presupunnd c

pe duratarciriipresiunea amesteculuiicantitatea de vapori sunt constante.

V V

S S

pU

p

Umiditatearelativ:

3. Vaporizarea i condensarea p


32/45

CD @2016


CONDENSAREA: disconfortul termic

pU

p Umiditatearelativ:



33/45

CD @2016

p

Diagrama de faz pT: curba de echil ibru l ichidvapori

Punct

critic

p

TTc

pc

4. Topirea i solidificarea


34/45

CD @2016

p

Def:Topirea:trecereasubstaneidin staresolid nstarelichid,are loc cuabsorbiedec

Def:Solidificarea:trecereasubstaneidin starelichid nstaresolid,are loc cu cedare deDef: Cldura latent specific de topire/solidificare: este cldura necesar unitii d

topi/solidifica.

topire solidificare Qm

Timp

T

Ttopire

SOLIDE CRISTALINE T SOLIDE AMOR

4. Topirea i solidificarea


35/45

CD @2016

p

Diagrama de faz pT: curba de echi li bru solidlichid

p

T

Topirea:

La o anumit pre

cristalinsetopeteldeterminat, numit

topire,specific fiec

n timpul topirii t

constant

La temperatura de t

fazalichidsuntnec

5. Sublimarea i desublimarea


36/45

CD @2016

p

T

Diagrama de faz pT: curba de echi li bru solidvaporiDef:Sublimarea:trecerea

solid direct n stare deabsorbie de cldur din

gheaa, naftalina, iodul,

temperaturiipresiuniobi

Def: Desublimarea: trec

stare de vapori directnst

cedare decldur nexteriExemple:gheape parbr

Obs: Dac vaporii prove

sublimare sunt n ec

solidul din care au p

vaporisaturai.



37/45

CD @2016

Punct

critic

p

TTcTtriplu

pc

ptriplu

Diagrama de faz pT: curbele de echil ibru

Def: Punctul triplu:

care seafl, nechilibr

(solid, lichid i gazoa

Obs: Parametrii Ttriplunaturasubstanei.Exemplu:

Pentru AP: Ttriplu= ptriplu =

Tc= 647

pc= 221

Punct

triplu



38/45

CD @2016

Punct

triplu

Punct

critic

p(105 Pa)

T(K)Tc273,16

pc

0,0061

Def:Un kelvin:repr

temperaturastriitripse atribuie prin con

termodinamicde 273

Diagrama de faz pT: curbele de echilibru pentru AP

5. Starea tripl a substanei diagrame de faz


39/45

CD @2016

CO2

H2O


40/45

CD @2016

1. Calorimetrul. Ecuaia calorimetric2. Exemplu: determinarea cldurii specifice a unui corp solid

Calorimetrie

Calorimetrul


41/45

CD @2016

Calorimetriaestemetod experimentalde determinare acldurilorschimbate de corp

calorici (capacitatecaloric, cldur molar, cldur specific)iacldurilorlatente specCalorimetrulpermite schimbul decldurdintre corpurile aflateninteriorulsu i m

cldurcu mediul exterior.

1, 2vase metalice3suport izolator4agitator5termometru6 lichid calorimetric (ap)

Ecuaia calorime

primit cedatQ Q

Determinarea cldurii specifice a unui corp solid


42/45

CD @2016

Exemplu:

Apa (cu masa mH2O) i calorimetrul au

temperaturainiialt1 Piesa metalic(cu masa mp) are temperatura

iniialt2 (t2>t1) cH2O

cldura specifica apei Ccapacitateacalorica calorimetrului cx cldura specifica piesei metalice: cx= ?

Determinarea cldurii specifice a unui corp solid


43/45

CD @2016

Exemplu:



iniialt2(t2>t1) cH2O


temperatura de echilibru

Determinarea cldurii specifice a unui corp solid t (oC)


44/45

CD @2016

Exemplu:



iniialt2 (t2>t1) cH2O


temperatura de echilibru

2

primit cedat

primit 1

cedat p x 2

1 H O

x

p 2

Q Q

Q C t m

Q m c t

C t mc

m t

t1

t2


45/45

CD @2016

Documents

Termodinamica_Transformari de Faza