Fázové přechody. navzájem nezávislé chemicky čisté látky obsažené v termod.soustavě

Transkript

1 Fázoé řechody Složky soustay s: nazáje nezáislé cheicky čisté látky obsažené terod.soustaě Fáze látky f: hoogenní soubor olekul, který je akroskoické ěřítku ostře ohraničen od jiných souborů olekul, které toří jiné fáze (nař. oda, led, odní ára, různé fory krystalických ených látek, fáze látky se ohou nacházet různých skuenstích (ené, kaalné, lynné, laza Krystal SiO Voda H O Plyny Slunce - laza

2 Heterogenní soustaa: Fázoé řechody sta soustay je charakterizoán děa araetry (tlake a telotou a (s- oěry jednotliých fází (hotnostní koncentrace jednotliých fází ( f s ( s f + Podínky ronoáhy - ro každou složku s je ožné sestait (f- ronoážných odínek Počet araetrů soustay, určující ronoážný sta - ro každou fázi (s- hotnostních odílů + tlak + telota Počet fází f s + Pokud f s+, oto fáze ohou solečně existoat jen ři konkrétních hodnotách araetrů soustay Počet stuňů olnosti s f + Gibbsoo raidlo fází Pokud áe soustau s složek a f fází, oto je ožné ěnit araetrů, aniž se zění očet fází

3 Jednosložkoá soustaa: Fázoé řechody 3 f Staoá ronice tořena částicei jednoho tyu biariantní soustaa nezáislé staoé eličiny, její sta je osán bode na loše třírozěrné rostoru ( V, fázoý diagra

4 Fázoé řechody Fázoý diagra jednosložkoé soustay: c 3 C C C 3 r c s B A c 3 C V C V. lynná fáze. kaalina 3. ená fáze C kritický sta látky ( C, C - kritické stau nelze rozeznat jednotlié fáze (kaalinu a lyn c křika yařoání c 3 křika tání c subliační křika r trojný bod látky < C stlačoání začne lyn kondenzoat ři tlaku s (tlak sytých ar s f(

5 Fázoé řechody ání a tuhnutí látek: f 3 f ři tání cheicky čisté látky se ůže ěnit araetr soustay (tlak danéu tlaku (nař.atosférickéu řísluší určitá telota tání [K] ar ěrné skuenské telo tání elo, které usíe dodat kg látky, aby řešla z ené do kaalné fáze l t Lt t tání t [s] o dosažení teloty tání t se telota nezyšuje dokud se celý obje látky neroztaje ání látky: L t > 0 uhnutí látky: 0 < L t

6 Fázoé řechody ání a tuhnutí látek: ři tání res. tuhnutí se ůže ěrný obje se ůže jak zětšoat, tak zenšoat Látka t [ C] l t [kj/kg] odík -59,5 58, dusík -09,8 5,5 rtuť -38,8,3 oda 0 333,7 cín 3,9 60,7 oloo 37,5 4,8 zlato 064,4 64,5 wolfra ,8 anoální choání nař. led ( V9,%, šedá litina, a ůže dojít k destrukci konstrukcí (otrubí, zdio, b u těchto látek dochází ři zýšení tlaku ke snižoání teloty tání (ř.bruslení, regelace ledu,

7 yařoání a kondenzace látek: Fázoé řechody ři yařoání cheicky čisté látky se ůže ěnit araetr (tlak bod aru je silně záislý na tlaku f( [K] ar ěrné skuenské telo yařoání l L elo, které usíe dodat kg látky, aby řešla z kaalné do lynné fáze t tání - je záislé na telotě Lf( t [s] Vyařoání látky: L > 0 ři yařoání se ěrný obje látek zětšuje Kondenzace látky: L < 0

8 Fázoé řechody yařoání látek: olekuly s ysokou kinetickou energií oouštějí orch kaaliny (kaalina ztrácí energii ochlazuje se nad orche kaaliny se ytořírstička nasycených ar, které difúzí řechází do okolního zduchu s rostoucí telotou roste tlak sytých ar a rychlost rocesu yařoání se zyšuje k yařoání dochází za každé teloty s < Jakile dosáhne tlak lynu hodnoty tlaku sytých ar ři dané telotě začne kondenzace lynu (nař. koresí lynu nebo snížení teloty

9 ar kaaliny: Fázoé řechody ára se toří unitř i na stěnách nádoby ři telotě aru je tlak nasycených ar roen nějšíu tlaku nad kaalinou ára nad orche kaaliny se ůže olně rozínat a nastáá bouřlié yařoání (ar kaaliny elota aru V je silně záislá na tlaku nad orche kaaliny S Látka [ C] l [kj/kg]] odík -5, kyslík éter 34,6 360 alkohol 78,4 84 oda 00 55,4 rtuť 356,7 83,9 hliník železo elota aru (H O: [ C] s [Pa] -, , ,33-7,33 0 5, ,0 0 5

10 Skuenské telo yařoání: Fázoé řechody u yařoání záisí skuenské telo yařoání na telotě L V f(t ři kritické telotě k je L V 0 (zizí rozdíl ezi kaalinou a árou dodané telo se sotřebuje na zýšení nitřní energie (L Vi a ráci ři zětšení objeu áry ůči objeu kaaliny (L Ve L + Li Le Video -Var ody (H O: Skuenské telo (H O: [ C] l [kj/kg] ,5 0

11 Subliace látek Fázoé řechody k odařoání dochází i u ené fáze (tz.subliace tlak nasycených ar je šak u ených látek za běžných telot eli alý a subliace tedy robíhá eli oalu Skuenské telo subliace: C 3 L L + L S t ouze u některých látek s yšší tlake syté áry nad enou fází lze subliaci ozoroat nař. sníh, jód, ený CO, r u látek ůžee dosáhnout etastabilních staů (řechlazená kaalina, řehřátá ená fáze, odchlazená ára, řehřátá kaalina C

12 Metastabilní stay ody - říklad: Fázoé řechody Video řehřátá oda ikrolnné troubě Video odchlazená oda nádobě

13 Fázoé řechody ři zěně skuenstí (d 0, d 0 je zěna tz.olné entalie nuloá, tj. d G Vd Sd 0 G, G (, 0 (.skuenstí.skuenstí dg Vd Sd dg Vd Sd dě skuenstí téže látky budou ronoáze za odínky, že jejich olné entalie se ronají G dg ( V V d ( S S d 0 d usí latit, aby ři zěně tlaku nebo teloty byla soustaa ronoáze δq S S L Clausius-Claeyronoa ronice d d ( S ( V S V L ( V V

14 Fázoé řechody δa δq kruhoý děj s kol kaaliny δa δq ( V -V d ( S-S d d d V V V S S S ři zěně skuenstí (d 0, d 0 usí latit, aby ři zěně tlaku nebo teloty byla soustaa ronoáze δq S S L Clausius-Claeyronoa ronice d d ( S ( V S V L ( V V

15 Fázoé řechody Fázoý diagra ody (H O: l t l ρ l ρ ρ 333, kj/kg 56 kj/kg 3 97 kg/ kg/ 3 0,6 kg/ 0 H O 0,35 kpa 73,5 0 t K 0 373,5 K ání ody: d d Lt ( V V l lt ( ρ ρ l ltρlρ ( ρ ρ l c (kritický tlak MPa c (kritická telota 374 C (trojný bod 63 Pa (trojný bod 0.0 C ltρlρ ( ρ ρ l Zěna tlaku ři fázoé řechodu záislosti na zěně teloty řechodu ln 0t + 0t ( ρ ρ ltρlρ 0 t ( e l

16 Fázoé řechody Příklad: (záislost teloty tání a aru ody na tlaku Var ody: V >> V V R M 8 0 M d d & LV V lv M R d l V M R d ln 0 l M R 3 kg/ol 0 V 0 0 R l M V ln Pa t 7,4 0 3 o C 0,9 o C

17 Fázoé řechody Painů hrnec ar e ysokých nadořských ýškách h 8000 & 0 / Pa & 70 o C

18 Fázoé řechody lak syté áry - tlak ar, které jsou ronoáze se sou kaalinou - tlak nad kaalinou nezáisí na rozěrech ani hotnosti kaaliny, ale na telotě - f( Clausius-Claeyronoa ronice nasycené áry budee oažoat za ideál.lyn V nr s s d d L ( V V L V d L nr d ( α β nr d << C V >> V L α β ln βln + K nr řehřátá ára ára, která není kontaktu s kaalinou, tlak je ždy enší nežli tlak nasycených ar α

19 Vodní ára a lhkost zduchu VODNÍ PÁRA e zduchu je obsaženo nožstí odních ar, jež jsou zraidla řehřáté stau lhkost ozduší lze charakterizoat odle: Absolutní lhkost zduchu: Φ V za konstantní teloty je absolutní lhkost úěrná tlaku ar Relatiní lhkost zduchu: ϕ Φ Φ ax 00% s 00% Rosný bod R : telota, ři níž je zduch odníi arai nasycen ( ( s R ochladíe-li zduch nebo nějaký ředět od rosný bod, oto začne kondenzace odních ar

20 Vodní ára a lhkost zduchu Měření lhkosti echanický (lasoý lhkoěr kondenzační lhkoěry sychoetry odoroé lhkoěry kaacitní lhkoěry senzory absorce záření, elota ( C Vlhkost (g/ , , ,0-40 0,0-0 0, ,87 0 9,44 0 7,4 5 3, 30 30,5 40 5, absolutní lhkost zduchu ři nasycení odníi árai

21 Vodní ára a lhkost zduchu Příklad: (lhkost zduchu -určete absolutní lhkost zduchu Φ ístnosti o objeu V ři dané telotě a relatiní lhkosti ϕ, a nožstí ody, kterou usíe odařit, aby se zduch nasytil odníi arai t V 0 o C ϕ 60% 3 00 n,4 0 M Pa kg/ol V M R n V R M Φ M ϕnm 0,6 g/ 3 V R R ϕ n ( ϕ VM R n & 0,7 kg