2.6.7 Fázový diagram. Předpoklady: Popiš děje zakreslené v diagramu křivky syté páry. Za jakých podmínek mohou proběhnout?

Transkript

1 2.6.7 Fázový diagram Předoklady: 2606 Př. 1: Poiš děje zakreslené v diagramu křivky syté áry. Za jakých odmínek mohou roběhnout? ) Sytá ára je za stálého tlaku zahřívána. Zvětšuje svůj objem a stává se řehřátou árou. Pára nemůže být během zahřívání v kontau s kaalinou. 2) aalina, erá je v rovnovážném stavu se svou sytou árou, je ostuně zahřívána. aalina se udržuje v rovnováze se sytou árou, během děje se zvyšuje tlak syté áry. 3) Přehřátá ára je ochlazována za stálého tlaku, změní se na sytou áru a začíná se měnit na kaalinu. Při dalších ochlazování o křivce syté áry se snižuje kromě teloty i tlak. 4) Přehřátá ára je stlačována za stálé teloty, začne se měnit na kaalinu, ři kaalnění je neustále stlačována (aby se nezměnil tlak), o změně veškeré áry na kaalinu je vzniklá kaalina dále stlačována. Změny skuenství nerobíhají ouze mezi árou a kaalinou (řes křivku syté áry), ale i mezi kaalinou a evnou látkou nebo mezi evnou látkou a lynem okusíme se dolnit obrázek o další křivky. řivka tání k t : řivka rovnováhy mezi kaalinou a evnou látkou začíná z bodu (nejnižší telota, ři eré se může vyskytovat kaalina v rovnováze se svojí árou), ři nižších telotách se voda mění v led. elota tání klesá s rostoucím tlakem (velmi málo) křivka tání ůjde z bodu velmi rychle nahoru a málo doleva. Zatím není jasné, zda je ukončena. Sublimační křivka k s : řivka rovnováhy mezi árou a evnou látkou začíná z bodu a směřuje k očátku soustavy souřadnic. 1

2 Bod trojný bod znázorňuje rovnovážný stav všech tří skuenství téže látky (evného, kaalného a lynného) všechny tři skuenství látky mohou být v rovnováze ouze za těchto řesných odmínek roto byl trojný bod vody zvolen za základní telotu termodynamické telotní stunice. rojný bod: voda: = 611Pa, = 273,16 = 0,01 kyslík: = 152 Pa, = 54,4 = 218,8 grafit: = 10,1MPa, = 4765 = 4492 Rovnovážné křivky rozdělují diagram do tří olí: evná látka kaalina lyn Šedě vybarvená část grafu znázorňuje odmínky, ve erých může látka existovat v rovnovážném stavu ouze jako ára. Umístíme-li do takových odmínek kaalinu, vyaří se (ale během vyařování musíme zajistit odvod áry, aby se nezvýšil tlak). Umístíme-li do takových odmínek evnou látku, vysublimuje (ale během sublimace musíme zajistit odvod áry, aby se nezvýšil tlak). Př. 2: o by se stalo, kdybychom umístili do odmínek odovídajících modré loše ve fázovém diagramu vodní áru? Jak by se situace vyvíjela, kdyby byla vodní ára v uzavřené nádobě o stálém objemu? o bychom museli s árou dělat, aby se bod, erý oisuje áru v diagramu, v obrázku neohyboval? Modrá locha ve fázovém diagramu značí odmínky, ve erých může v rovnovážném stavu existovat kaalina. Průběh okusu závisí na dalších odmínkách. Pokud je ára uzavřena v nádobě o stálém objemu, začne kaalnět, tím se bude snižovat její tlak. Bod znázorňující děj se bude ohybovat dolů směrem ke křivce syté áry. Pokud bychom chtěli zabránit ohybu bodu v diagramu, museli bychom ři zkaalňování áry: udržovat stálý tlak museli bychom neustále zmenšovat objem áry, abychom udrželi stále stejnou hustotu částic, udržovat stálou telotu museli bychom neustále odvádět telo, eré uvolňuje ára ři zkaalňování. Pokud bychom udrželi zmenšováním objemu stále stejný tlak i stále stejnou telotu, veškerá ára by ostuně zkaalněla. 2

3 Př. 3: hování vody během tání není říliš tyické (telota tání s rostoucím tlakem klesá). Nakresli fázový diagram tyické látky (třeba vosku, u erého telota tání s tlakem roste). Většina látek během tání zvětšuje svůj objem s vzrůstajícím tlakem stouá jejich telota tání křivka tání bude rohnutá na oačnou stranu. Př. 4: Zakresli do fázového diagramu děj, ři erém umístíme ři telotě nižší než 0 do uzavřené nádoby s velmi malou hustotou áry kus ledu. Led začne sublimovat, zvyšuje se tlak áry, dokud se neustaví rovnováha na sublimační křivce. Př. 5: Z ledničky vyndáme do místnosti uzavřenou PE láhev se zbytkem vody. Zakresli do fázového diagramu děj, erý robíhá v láhvi. Po vyndání láhve se začne zvyšovat telota kaalina se začne vyařovat ostuně se zvyšuje i tlak, dokud se neustaví nová rovnováha na křivce syté áry. 3

4 Dva zůsoby, jak změnit kaalinu na lyn: Přejdeme řes křivku syté áry v růběhu řeměny se vytvoří rozhraní mezi kaalinou a árou. Obejdeme kritický bod na diagramu zvýšením tlaku a teloty v růběhu řeměny se rozhraní mezi kaalinou a árou nevytvoří, soustava bude celou dobu homogenní. Př. 6: Navrhni, jakými zůsoby je možné zkaalnit lyn. Zakresli děje do fázového diagramu. Za jakých odmínek je můžeme oužít? Dvě základní možnosti (a jejich kombinace). Ochlazení lynu Plyn musí mít dostatečný tlak, aby nedesublimoval na evnou látku. Stlačení lynu 4

5 elota lynu musí být nižší než jeho kritická telota. V technické raxi se častěji zkaalňuje stlačováním. Shrnutí: Existují rovnovážné křivky i mezi dalšími skuenstvími (křivka tání a sublimační křivka). Solečně ak tvoří fázový diagram, ve erém můžeme zjistit, v jakém skuenství se za daných vnějších odmínek bude látka v rovnovážném stavu nacházet. 5