Wärmelehre - gilligan-online

7.3 Phasenübergänge
Ein Phasenübergang ist eine Zustandsänderung, bei der sich die Temperatur nicht
ändert. Während des Phasenwechsels liegen zwei Phasen gleichzeitig vor. Man
spricht allgemein von Umwandlung (Index 'u').
Man vereinbart für die Benennung von Phasenübergängen speziell
Schmelzen fest → flüssig (Index 'f')
Erstarren, Gefrieren flüssig → fest (Index 'f')
Verdampfen flüssig → gasförmig (Index 'd')
Kondensieren, Verflüssigen gasförmig → flüssig
(Index 'd')
Sublimieren fest → gasförmig (Index 's')
Desublimieren gasförmig → fest (Index 's')
Phasenumwandlungen werden hervorgerufen durch Energieübertragung, vorzugsweise
die Zufuhr oder die Abfuhr von Wärme. Die bei Phasenumwandlungen auftretenden
Umwandlungswärmen nennt man aus historischen Gründen latente Wärmen.
Dazu gehören insbesondere die
• Schmelzwärme (präziser Schmelzenthalpie),
die Wärme, die einem Körper zugeführt werden muss, um, bei konstant bleibender
Temperatur, den Phasenübergang fest → flüssig zu bewerkstelligen;
• Verdampfungswärme (präziser Verdampfungsenthalpie)
die Wärme, die einem Körper zugeführt werden muss, um bei konstant bleibender
Temperatur den Phasenübergang flüssig → gasförmig zu bewerkstelligen.
Als Beispiel werden die Werte für H 2 O bei Normbedingungen angegeben.
Spezifische Schmelzenthalpie
h
s
(H O) =
2
337 kJkg
−1
bei
Spezifische Verdampfungsenthalpie
h
v
(H O) = 2 260 kJkg
2
−1
bei
ϑf = 0 o C
ϑf = 0 o C
und
und
p n = 1013 hPa
p n = 1013 hPa
Phasenübergänge sind durch Unstetigkeiten in den physikalischen Eigenschaften
gekennzeichnet. Ein Beispiel soll dies illustrieren: Flüssiges H 2 O verdampft bei einem
Druck von p n = 1013 hPa , wenn die Temperatur ϑ C
d = 100 o ist. Dabei sind
Flüssigkeit und Dampf durch eine deutlich erkennbare Grenzfläche voneinander getrennt.
Die Dichte der flüssigen und gasförmigen Phase unter diesen Bedingungen sind
ρ'
= ρ
fl
= 1,0 ⋅10
3
kgm
−3
und
ρ ′
= ρ
gas
=
0,6 kgm
Weitere physikalische Eigenschaften, die sich sprunghaft ändern, sind u. a.
• (Licht-) Brechungsindex n,
• Innere Energie U,
• Kompressibilität κ
−3
Wärmelehre – Abschnitt 7
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’Stoffe in verschiedenen Phasen’