Wärmelehre - gilligan-online

Die Darstellung erfolgt üblicherweise in einem p,T -Diagramm. Das Volumen V ist
freier Parameter, es ändert sich bei einem Phasenübergang sprunghaft.
In Abb. 7-04 ist das Zustandsdiagramm der Substanz H 2 O nichtmaßstäblich wiedergegeben.
Es treten drei gegeneinander abgegrenzte Bereiche, nämlich die drei Phasen,
die Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig auf. Die Begrenzungskurven
zwischen zwei Phasen sind Gleichgewichtskurven. Sie geben die Bedingungen an,
unter denen in einem System zwei Phasen gleichzeitig vorhanden sind.
Die Gleichgewichtskurven sind
• Dampfdruckkurve Gleichgewicht – flüssig und gasförmig,
• Sublimationsdruckkurve Gleichgewicht – fest und gasförmig,
• Schmelzdruckkurve Gleichgewicht – fest und flüssig.
Zum Schluss soll dann auf den allen drei Gleichgewichtskurven gemeinsamen Punkt,
den Tripelpunkt, eingegangen werden.
Im Bereich einer Phase sind Temperatur T und Druck p in gewissen Grenzen frei
wählbar. Es sind also zwei thermodynamische Variablen frei wählbar. In anderen
Worten: "Es gibt zwei Freiheitsgrade“.
Auf einer Gleichgewichtskurve ist nur noch eine Variable frei wählbar. Aus der Forderung,
dass Gleichgewicht herrschen soll, ergibt sich, dass die zweite Zustandsgröße
damit festgelegt ist. Man hat damit nur noch einen Freiheitsgrad.
Für den Tripelpunkt schließlich hat man keine Wahl mehr. Dieser Punkt liegt im Zustandsdiagramm
eindeutig fest.
7.4.2 Dampfdruckkurve und kritischer Punkt
Es seien einige Begriffe vorab erklärt.
Verdunsten
Der Verdampfungsvorgang findet an der Oberfläche einer Flüssigkeit statt. Gasmoleküle,
die eine sehr hohe kinetische Energie haben, können die an der Oberfläche
wirkenden Anziehungskräfte überwinden und in den Raum über der Flüssigkeit entkommen.
Dieser Vorgang läuft bei jeder Temperatur ab. Es ist dazu Verdampfungswärme
zuzuführen.
Sättigungsdampfdruck
Der sich im Gleichgewicht in einem abgeschlossenen Volumen V über einer Flüssigkeit
einstellende Druck p. Er hängt nur von der Temperatur ab. Der Zusammenhang
zwischen Temperatur und Druck heißt Dampfdruckkurve p d ( T ) .
• Bei Volumenvergrößerung ( ΔV > 0)
verdunstet Flüssigkeit.
• Bei Volumenverringerung ( < 0)
ΔV kondensiert Dampf; dabei bleibt der Sättigungsdruck
unverändert, solange Flüssigkeit vorhanden ist.
Man nennt den Dampf über der Flüssigphase gesättigten Dampf oder Nassdampf.
Wird die Temperatur erhöht und/oder das Volumen vergrößert bis alle Flüssigkeit
verdampft ist, dann spricht man von ungesättigtem Dampf oder Heißdampf oder realem
Gas.
Wärmelehre – Abschnitt 7
- 105 -
’Stoffe in verschiedenen Phasen’