Post on 28-Feb-2018
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
1/45
Transformri de faz
Prof. Costin-Ionu Dobrot
COLEGIUL NAIONAL DIMITRIE CANTEMIR ONETI
Ianuarie, 2016
http://fizicaliceu.wikispaces.com
http://fizicaliceu.wikispaces.com/http://fizicaliceu.wikispaces.com/7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
2/45
CD @2016
1. Stri de agregare: solid, lichid, gazoas. Clduri latente
2. Izotermele lui Andrews. Starea critic. Lichefierea gazelor3. Vaporizarea i condensarea
Vaporizarea n vid
Vaporizarea n atmosfer gazoas. Viteza de evaporare
Fierberea4. Topirea i solidificarea
5. Sublimarea i desublimarea
6. Starea tripl a substanei. Definirea Kelvinului
Transformri de faz
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
3/45
CD @2016
GAZ LICHID
1. Stri de agregare: solid, lichid, gazoas
Proprieti: Densiti mici
Uor de comprimat
Agitaia termic: micridezordonate
Distane mari ntre molecule
Fore intermoleculare mici
Proprieti: Densiti medii
Incompresibil
Agitaia termic: ordine local
Distane medii ntre molecule
Fore intermoleculare mari
Propriet Densi
Crista
Agitaale at
Dista
Fore
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
4/45
CD @2016
http://www.sc
19/Properties%
/text/Structure
1. Stri de agregare: solid,
lichid, gazoasSolide: Cristaline
Amorfe
http://2012books.lardbucket.org/books/principleschemistry-v1.0/s14-01-gaseous-elements-and-com
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
5/45CD @2016
1. Stri de agregare: solid, lichid, gazoas
https://en.wikipedia.org
Argon n stare solid, lic
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
6/45CD @2016
1. Stri de agregare: solid, lichid, gazoas
Sublimare
Desublimare
LICHID
GAZ
SOLID
Def: Transform
ordinul I: trecere
faz n alta, nscldur cu
Transformrile de
sunttransformrid
Substana prime Topire
Vaporizare
Sublimare
Substana cedeaz Solidificare
Condensare
Desublimare
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
7/45CD @2016
1. Stri de agregare: solid, lichid, gazoas. Clduri latente
Def: Cldura latent specific()estecldura necesar unitiidemasdintr-osubstadintr-o stare de agregarenalta(constantde material).
SI
, 1 Q Jm kg
vaporizare condensare
topire solidificare
sublimare desublimare
sublimare topire vaporizare
Substana Temperatura
de topire (oC)
Cldura
latent de
topire (kJ/kg)
Temperatu
fierbere
Apa 0 334 100
Alcool etilic 114 108 78,3
Oxigen 219 13,9 183
Azot 210 25,7 196
Heliu 272,2 (0,95K) 3,45 268,93
Fier 1530 270 3050
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
8/45CD @2016
2. Izotermele lui Andrews. Starea critic. Lichefierea gazelor
p
V
Izotermele lui Andrews
grafice, n coordonate pcomprimarea latemperatu
gaz real. (Andrews: CO2)
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
9/45
CD @2016
2. Izotermele lui Andrews. Starea critic. Lichefierea gazelor
V
pIzotermele lui Andrews
grafice, n coordonate pcomprimarea latemperatu
gaz real. (Andrews: CO2)
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
10/45
CD @2016
2. Izotermele lui Andrews. Starea critic. Lichefierea gazelor
p
V
Izotermele lui Andrews
grafice, n coordonate pcomprimarea latemperatu
gaz real. (Andrews: CO2)
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
11/45
CD @2016
2. Izotermele lui Andrews. Starea critic. Lichefierea gazelor
p
V
Izotermele lui Andrews
grafice, n coordonate pcomprimarea latemperatu
gaz real. (Andrews: CO2)
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
12/45
CD @2016
2. Izotermele lui Andrews. Starea critic. Lichefierea gazelor
p
V
Izotermele lui Andrews
grafice, n coordonate pcomprimarea latemperatu
gaz real. (Andrews: CO2)
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
13/45
CD @2016
2. Izotermele lui Andrews. Starea critic. Lichefierea gazelor
p
V
Izotermele lui Andrews
grafice, n coordonate pcomprimarea latemperatu
gaz real. (Andrews: CO2)
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
14/45
CD @2016
2. Izotermele lui Andrews. Starea critic. Lichefierea gazelor
C: punctul critic (starea crcare se reduce intervalul de v
lichefierea, stare caracterizat
critici:Vcvolum criticpc presiune criticTc temperatur critic
p
V
Tc
pc
Vc
C
T1T2
T3
T4
c1 2 3 4T TT T T
Dac T> Tcsubstana eindiferent de presiune
Dac T< Tcsubstana epn la presiunea la care
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
15/45
CD @2016
2. Izotermele lui Andrews. Starea critic. Lichefierea gazelor
Def: Vapori saturai: vapordinamic cu faza lichid din fazasolid!!!).
Def: Echilibru dinamic: nucare trec din faza lichid n
egal cunumrulde molecule vaporinfazalichid, n acelaDef: Echilibrul fazelor: ma
ale substanei nu se modific
dinamic)
p
V
Tc
T1T2
T3
T4
OBS:
Vapori saturai:vaporiisuVaporisaturani:vaporiicare seafl
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
16/45
CD @2016
2. Izotermele lui Andrews. Starea critic. Lichefierea gazelor
Aplicaiiale lichefierii gazelor: Maina frigorific,aparatul de aercondiionat
Vase Dewar (termos)
Butelii de aragaz, bricheta: gaz lichefiat
Importana obineriitemperaturilor joase: Cldurilespecifice semicoreaz, tinzndla zerocndtemperatura tinde la 0 K.
Fenomenul de supraconductibilitate: conductibilitateaelectric cretebrusc la temp
Pierdereaelasticitii: unelesubstanedevin casante (cauciucul, fierul)
Unele corpuri devin fluorescente (emitlumin)
Metode de lichefiere a gazelor:
Comprimareizoterm, rcire izobar
Rcire icomprimaresimultan,folosind amestecurircitoare:ghea iNaCl,ghea
Rcire ntrepte
Destindereaadiabatic
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
17/45
CD @2016
3. Vaporizarea i condensarea
VAPORIZAREA N VOLUM LIMITAT
Vaporizare n vid
Vaporizare n atmosfer gazoas
VAPORIZAREA N VOLUM NELIMITAT
Evaporare: are loc numai la suprafaa lichidului
Fierbere: are loc n toat masa lichidului
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
18/45
CD @2016
Hg
Vid
3. Vaporizarea i condensarea
VAPORIZAREA N VID
3 V i i d
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
19/45
CD @2016
Hg
Vid
3. Vaporizarea i condensarea
VAPORIZAREA N VID
Vapori
3 V i i d
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
20/45
CD @2016
Hg
Vid
3. Vaporizarea i condensarea
VAPORIZAREA N VID
Vapori
3 V i i d
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
21/45
CD @2016
Hg
VidVapori
saturani
3. Vaporizarea i condensarea
VAPORIZAREA N VID
3 V i i d
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
22/45
CD @2016
Hg
VidVapori
saturani
3. Vaporizarea i condensarea
VAPORIZAREA N VID
Vaporizareanvid:
Vaporizareanvid es Vaporizarea n vid
presiunea vaporilor
valoare maxim, ps.
obinuise numesc vsenumetepresiunecondiiiledate detem presiunea vap
depinde de mas
masa vaporilor
lichidul
presiunea vapor
constant att rmne constant
la o temperavaporilorsaturanatura lichidului
3 Vaporizarea i condensarea
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
23/45
CD @2016
Presiunea vaporilor saturani ai apei (0100 C)
T (C) P (kPa) P (torr) P (at
0 0.6113 4.5851 0.006
5 0.8726 6.5450 0.008
10 1.2281 9.2115 0.012
15 1.7056 12.7931 0.016
20 2.3388 17.5424 0.023
25 3.1690 23.7695 0.031
30 4.2455 31.8439 0.041
35 5.6267 42.2037 0.055
40 7.3814 55.3651 0.072
45 9.5898 71.9294 0.094
50 12.3440 92.5876 0.121
55 15.7520 118.1497 0.155
60 19.9320 149.5023 0.19665 25.0220 187.6804 0.246
70 31.1760 233.8392 0.307
75 38.5630 289.2463 0.380
80 47.3730 355.3267 0.467
85 57.8150 433.6482 0.570
90 70.1170 525.9208 0.692
95 84.5290 634.0196 0.834
100 101.3200 759.9625 1.000
3. Vaporizarea i condensarea
VAPORI SATURANI
3 Vaporizarea i condensarea
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
24/45
CD @2016
3. Vaporizarea i condensarea
VAPORIZAREA N ATMOSFER GAZOAS
Aer
Hg
3 Vaporizarea i condensarea
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
25/45
CD @2016
3. Vaporizarea i condensarea
VAPORIZAREA N ATMOSFER GAZOAS
Hg
Aer
+
Vapori
Hg
3 Vaporizarea i condensarea
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
26/45
CD @2016
3. Vaporizarea i condensarea
VAPORIZAREA N ATMOSFER GAZOAS
Hg
Aer
+
Vapori
saturani
Hg
3 Vaporizarea i condensarea
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
27/45
CD @2016
3. Vaporizarea i condensarea
VAPORIZAREA N ATMOSFER GAZOAS
HgHg
Aer
+
Vapori
saturani
Vaporizarean atmosfer gazoa
Vaporizarea n atmosferlent
Presiunea vaporilor satusubstane ntr-o atmosferaceeaica icum vaporii antregulvolum,adicestei
presiunea gazului
Presiunea unui amestec desaturani este egal cu su
pariale pe care le-ar component n parte dac antregulvolum laaceeai te
3 Vaporizarea i condensarea
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
28/45
CD @2016
3. Vaporizarea i condensarea
EVAPORAREA: vaporizare la suprafaa lichidului
Evaporarea are locdac:
Mediul ambiant nu este saturat cu vaporii
lichidului,adicpresiunea vaporiloraflain atmosfera ambiant la temperaturamediului (pV) trebuie s fie mai micdectpresiunea vaporilorsaturanila aceatemperatur(pS): pV< pS
Presiunea atmosferei de deasupra
lichidului (p0) este mai mare dectpresiunea vaporilor saturani latemperatura lichidului (pS): p0> pS
Viteza de evaporare:
Este direct proporional culibere a lichidului
Este directproporionalcupSpV
Este invers proporional atmosferei de deasupra lichid
k constant de volatilitatelichidului i de viteza curatmosfer
S v k
Lichidele volatile au temperatura de fierbere mic ievaporare:aceton,spirt, alcool, eter. Aplicabilitate: parfum
3 Vaporizarea i condensarea
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
29/45
CD @2016
3. Vaporizarea i condensarea
FIERBEREA: vaporizaren toat masa lichidului
Un lichid ncepe s fiarb cnd presiunea maxim a vaporilor si saturani (pS) este egaatmosferei de deasupra lichidului.
Temperatura de fierbereeste temperatura vaporilor n imediata vecintate a suprafeei lichiconstant.
Temperatura de fierbere:
Rmne constant la presiune constant Depinde de presiune: crete (neliniar) odat cu creterea presiunii (exemplu APA: oal su
vrful muntelui, ap cald n sering vidat) Depinde numai de natura lichidului, la o presiune dat (exemplu: distilarea separarea co
amestec de lichide)
T
TfierbereL + V
3. Vaporizarea i condensarea
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
30/45
CD @2016
3. Vaporizarea i condensarea
CONDENSAREA
Este transformarea vapori lichid, nsoit de
pierdere decldur Explicformarea norilor, distilarea, roua
Cldura latent de condensare are aceeaisemnificaiecu cea aclduriilatente de vaporizare(condensarea este procesul inversvaporizrii)
Condensareai vaporizarea potncepe n prezenaunor germeni care faciliteaz transformarea defaz: particule de praf sau fum, particuleelectrizare,picturide lichid sau bule de gaz dejaformate
3. Vaporizarea i condensarea
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
31/45
CD @2016
3. Vaporizarea i condensarea
CONDENSAREA: punctul de rou
Temperatura punctului de rou saupunctul de rou al unui amestec formatdintr-un gazivaporii unui lichid (cel maiadesea aer umed) reprezint temperaturala care trebuie rcit amestecul pentru cavaporii s devin saturani i deci snceap sse condenseze,presupunnd c
pe duratarciriipresiunea amesteculuiicantitatea de vapori sunt constante.
V V
S S
pU
p
Umiditatearelativ:
3. Vaporizarea i condensarea p
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
32/45
CD @2016
3. Vaporizarea i condensarea
CONDENSAREA: disconfortul termic
pU
p Umiditatearelativ:
3. Vaporizarea i condensarea
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
33/45
CD @2016
p
Diagrama de faz pT: curba de echil ibru l ichidvapori
Punct
critic
p
TTc
pc
4. Topirea i solidificarea
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
34/45
CD @2016
p
Def:Topirea:trecereasubstaneidin staresolid nstarelichid,are loc cuabsorbiedec
Def:Solidificarea:trecereasubstaneidin starelichid nstaresolid,are loc cu cedare deDef: Cldura latent specific de topire/solidificare: este cldura necesar unitii d
topi/solidifica.
topire solidificare Qm
Timp
T
Ttopire
SOLIDE CRISTALINE T SOLIDE AMOR
4. Topirea i solidificarea
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
35/45
CD @2016
p
Diagrama de faz pT: curba de echi li bru solidlichid
p
T
Topirea:
La o anumit pre
cristalinsetopeteldeterminat, numit
topire,specific fiec
n timpul topirii t
constant
La temperatura de t
fazalichidsuntnec
5. Sublimarea i desublimarea
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
36/45
CD @2016
p
T
Diagrama de faz pT: curba de echi li bru solidvaporiDef:Sublimarea:trecerea
solid direct n stare deabsorbie de cldur din
gheaa, naftalina, iodul,
temperaturiipresiuniobi
Def: Desublimarea: trec
stare de vapori directnst
cedare decldur nexteriExemple:gheape parbr
Obs: Dac vaporii prove
sublimare sunt n ec
solidul din care au p
vaporisaturai.
5. Starea tripl a substanei. Definirea Kelvinului
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
37/45
CD @2016
Punct
critic
p
TTcTtriplu
pc
ptriplu
Diagrama de faz pT: curbele de echil ibru
Def: Punctul triplu:
care seafl, nechilibr
(solid, lichid i gazoa
Obs: Parametrii Ttriplunaturasubstanei.Exemplu:
Pentru AP: Ttriplu= ptriplu =
Tc= 647
pc= 221
Punct
triplu
5. Starea tripl a substanei. Definirea Kelvinului
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
38/45
CD @2016
Punct
triplu
Punct
critic
p(105 Pa)
T(K)Tc273,16
pc
0,0061
Def:Un kelvin:repr
temperaturastriitripse atribuie prin con
termodinamicde 273
Diagrama de faz pT: curbele de echilibru pentru AP
5. Starea tripl a substanei diagrame de faz
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
39/45
CD @2016
CO2
H2O
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
40/45
CD @2016
1. Calorimetrul. Ecuaia calorimetric2. Exemplu: determinarea cldurii specifice a unui corp solid
Calorimetrie
Calorimetrul
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
41/45
CD @2016
Calorimetriaestemetod experimentalde determinare acldurilorschimbate de corp
calorici (capacitatecaloric, cldur molar, cldur specific)iacldurilorlatente specCalorimetrulpermite schimbul decldurdintre corpurile aflateninteriorulsu i m
cldurcu mediul exterior.
1, 2vase metalice3suport izolator4agitator5termometru6 lichid calorimetric (ap)
Ecuaia calorime
primit cedatQ Q
Determinarea cldurii specifice a unui corp solid
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
42/45
CD @2016
Exemplu:
Apa (cu masa mH2O) i calorimetrul au
temperaturainiialt1 Piesa metalic(cu masa mp) are temperatura
iniialt2 (t2>t1) cH2O
cldura specifica apei Ccapacitateacalorica calorimetrului cx cldura specifica piesei metalice: cx= ?
Determinarea cldurii specifice a unui corp solid
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
43/45
CD @2016
Exemplu:
Apa (cu masa mH2O) i calorimetrul au
temperaturainiialt1 Piesa metalic(cu masa mp) are temperatura
iniialt2(t2>t1) cH2O
cldura specifica apei Ccapacitateacalorica calorimetrului cx cldura specifica piesei metalice: cx= ?
temperatura de echilibru
Determinarea cldurii specifice a unui corp solid t (oC)
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
44/45
CD @2016
Exemplu:
Apa (cu masa mH2O) i calorimetrul au
temperaturainiialt1 Piesa metalic(cu masa mp) are temperatura
iniialt2 (t2>t1) cH2O
cldura specifica apei Ccapacitateacalorica calorimetrului cx cldura specifica piesei metalice: cx= ?
temperatura de echilibru
2
primit cedat
primit 1
cedat p x 2
1 H O
x
p 2
Q Q
Q C t m
Q m c t
C t mc
m t
t1
t2
7/25/2019 Termodinamica_Transformari de Faza
45/45
CD @2016