Tehnička termodinamika - Kemijsko-tehnološki fakultet

TEHNIČKA TERMODINAMIKA__________________________________________
zrak, tekući kisik, ugljikov dioksid itd). Obje su faze tijekom procesa ukapljivanja
u ravnoteži jer su pri istoj i stalnoj temperaturi i tlaku. To znači da u ovom
slučaju tlak i temperatura nisu međusobno neovisne veličine stanja, već je vrijednost
jedne od njih uvijek uvjetovana vrijednošću druge. Međutim, zbog toga
što se čitav, u ovom slučaju dvofazni sustav, iako iste tvari, sastoji od tekućine i
plina, čiji su specifični volumeni, odnosno gustoće, različiti, to se i ravnoteža
dvofaznog sustava tijekom kondenzacije ponekad naziva “heterogena” ravnoteža,
za razliku od ravnoteže stanja nekog fizički homogenog tijela. Uočljivo je da
se izotermna promjena stanja TV
= konst. odvijala tako da je u jednom dijelu
procesa (V – a) postojala samo plinska faza, a u drugom dijelu plinska i tekuća
faza (a – b), a u trećem dijelu (b – c) samo tekuća faza promatrane tvari.
Za vrijeme kondenzacije tlak se ne mijenja. Tek nakon što se ukapljio sav
plin i pri tom zauzeo volumen tekućine (vrele kapljevine), tlak će porasti vrlo
naglo pri novom smanjivanju volumena (b – c). Ako pretpostavimo sada da se
proces odvija u suprotnom smjeru, očito je da će u točki b nastupiti, suprotno
kondenzaciji, proces isparavanja tekućine koji će trajati sve dok i posljednja
kapljica tekućine ne ispari (stanje a). Temperatura će ostati konstantna tijekom
procesa isparavanja, a počet će ponovo rasti tek daljnjim zagrijavanjem (pregrijavanjem)
plinske faze promatrane tvari. Prema tome proizlazi da su proces
kondenzacije (ukapljivanja) i proces isparavanja dva međusobno suprotna
procesa. Oni su također, kako nam je poznato, i dva potpuno povrativa procesa,
jer se odvijaju uz postojanje toplinske i mehaničke ravnoteže (p, T = konst.).
Potrebno je napomenuti da je svaki plin moguće, pri danim uvjetima tlaka
i temperature, pretvoriti u tekućinu. Nekada su se oni plinovi koje nije bilo
moguće, pri tadašnjim eksperimentalnim mogućnostima, pretvoriti u tekuće
stanje (zrak, vodik itd.) nazivali “permanentnim plinovima”, dok danas taj naziv
gubi smisao.
Ako bi se prikazani eksperimenti izveli detaljnije, tj. za razne vrijednosti
T = konst., tada bi snop izotermi imao izgled prikazan na slici 49. Kao što se
vidi vodoravni odsječak na pojedinim izotermama, a to znači i dio na kojem se
one poklapaju s odgovarajućim izobarama, duži je što su temperatura i odgovarajući
tlak procesa kondenzacije, odnosno isparavanja, niži i obratno. Pri odgovarajućim
uvjetima temperature i tlaka vodoravni odsječak postaje beskonačno
mali (teži k nuli), tj. prelazi u točku K. Stanje koje odgovara točki K naziva se
kritično stanje, a definirano je (određeno) kritičnom temperaturom ( T K ), kritičnim
tlakom ( pK
) i kritičnim volumenom ( v K ).
Kritično stanje (kritična točka K) predstavlja prijevojnu točku (točku
infleksije) na kritičnoj izotermi T K = konst. u kojoj je tangenta kritična izobara
200