Download
slide1 n.
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
TRI AGREGATNA STANJA PowerPoint Presentation
Download Presentation
TRI AGREGATNA STANJA

TRI AGREGATNA STANJA

1171 Vues Download Presentation
Télécharger la présentation

TRI AGREGATNA STANJA

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

  1. ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI TRI AGREGATNA STANJA PLIN KAPLJEVINA TRDNINA TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  2. ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI STRUKTIRNA STANJA OSNOVNE KRISTALNE STRUKTURE prostorsko centrirana kubična struktura ploskovno centrirana kubična struktura preprosta kubična struktura TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  3. ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI STRUKTURNA STANJA OSNOVNE KRISTALNE STRUKTURE tetragonalna struktura ortorombna struktura TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  4. ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI STRUKTURNA STANJA OSNOVNE KRISTALNE STRUKTURE monoklinična heksagonalna rombohedralna TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  5. FAZNI DIAGRAM ENOSESTAVINSKE SNOVI ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI krivulja napetosti taljenje tlak zmrzovanje kapljevina Pkritična kritična točka vrenje plazma trdnina kondenzacija Ptrojna trojna točka plin sublimacija para depozicija Ttrojna Tkritična temperatura TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  6. STRUKTURA FAZNIH DIAGRAMOV ENOSESTAVINSKIH VEČFAZNIH SISTEMOV Področje stabilnosti katerekoli faze je predstavljeno s ploskvijo. Področje stabilnosti dveh faz, ki sta v termodinamskem ravnovesju je predstavljenos krivuljo, ki jo imenujemo krivulja napetosti. Področje stabilnosti treh faz, ki so v termodinamskem ravnovesju je predstavljenos točko, ki jo imenujemo trojna točka. Če se v trojni točki stikajo tri agregatna stanja, jo imenujemo poglavitna trojna točka. Področje stabilnosti več kot treh faz ne obstaja. Točko, kjer se krivulja napetosti konča in to ni trojna točka ali točka omejena skoordinato T = 0 K ali P = 0bar imenujemo kritična točka. TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  7. FAZNI DIAGRAM ENOSESTAVINSKE SNOVI snov, ki se krči pri zmrzovanju snov, ki se razteza pri zmrzovanju HETEROGENA NUKLEACIJA talilna krivulja kapljevina kritična točka trdna faza vrelna krivulja trojna točka pregreti plin sublimacijska krivulja TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  8. OPAZOVANJE KONDENZACIJE ALI UPARJANJA para Kondenzacija: gibanje medfaznega roba navzgor medfazni rob Uparjanje: gibanje medfaznega roba navzdol kapljevina TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  9. OPAZOVANJE KRITIČNEGA POJAVA para plin kapljevina TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  10. OPAZOVANJE STRUKTIRNIH STANJ KRISTALI HELIJA T = 1.4K T = 1.1K T = 0.5K T = 0.1K TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  11. SUPERFLUIDNOST HELIJA Viskoznost kapljevinskega helija izgine pod 2.17K Toplotna prevodnost postane ogromna Nastopi spektakularni termomehanski “fontanski efekt” TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  12. POJAV KAVITACIJE Ena vrtinčna linija na vsak list propelerja Kavitacija: pojav vrenja zaradi zmanjšanja tlaka TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  13. HETEROGENA NUKLEACIJA Nukleacija: pojavljanje nove faze Homogena nukleacija: pojavljanje nove faze brez nečistoč Heterogena nukleacija: pojavljanje nove faze okoli nečistoče primera: mehurčki v penečem vinu nukleusi aluminija okoli TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  14. TIPIČNI FAZNI DIAGRAM ENOSESTAVINSKE SNOVI talilna krivulja napetosti TRDNINA kritična točka KAPLJEVINA sprememba “P visok” vrelna krivulja napetosti trojna točka sprememba “P nizek” vrelna krivulja napetosti PLIN PLAZMA PARA TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  15. FAZNI PREHODI V ENOSESTAVINSKIH SISTEMIH PRIMER 1 NIZEK TLAK PRIMER 2 VISOK TLAK trdnina trdnina nasičena trdnina (T sublimacije) nasičena trdnina (T taljenja) trdnina + paratrdnina + kapljevina nasičena para nasičena kapljevina pregreta para kapljevina + para (T uparjanja) nasičena para pregreta para TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  16. TIPIČNI FAZNI DIAGRAM ENOSESTAVINSKE SNOVI PROCES SUBLIMACIJE (SPREMEMBA PRI “P NIZEK”) E D A B C pregreta para nasičena para para trdnina nasičena trdnina trdnina Dovajamo toploto pri konstantnem tlaku P nizek (glej oznako na faznem diagramu) TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  17. TIPIČNI FAZNI DIAGRAM ENOSESTAVINSKE SNOVI SHEMATIČNI POTEK TEMPERATURE PRI PROCESU SUBLIMACIJE (DODAJAMO TOPLOTO PRI “P NIZEK”) T spreminjanje dovedene toplote v latentno (prikrito) toploto sublimacije E plin B C T sublimacije spreminjanje dovedene toplote v senzibilno (občutno) toploto plina trdnina D trdnina + plin A spreminjanje dovedene toplote v senzibilno (občutno) toploto trdnine V TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  18. TIPIČNI FAZNI DIAGRAM ENOSESTAVINSKE SNOVI PROCES TALJENJA (SPREMEMBA PRI “P VISOK”) D E B C A kapljevina nasičena kapljevina kapljevina trdnina nasičena trdnina trdnina Dovajamo toploto pri konstantnem tlaku P visok (glej oznako na faznem diagramu) TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  19. TIPIČNI FAZNI DIAGRAM ENOSESTAVINSKE SNOVI PROCES UPARJANJA (SPREMEMBA PRI “P VISOK”) E H G E F pregreta para nasičena para para nasičena kapljevina kapljevina kapljevina Dovajamo toploto pri konstantnem tlaku P visok (glej oznako na faznem diagramu) TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  20. TIPIČNI FAZNI DIAGRAM ENOSESTAVINSKE SNOVI SHEMATIČNI POTEK TEMPERATURE PRI PROCESU TALJENJA IN VRENJA (DODAJAMO TOPLOTO PRI “P VISOK”) T E spreminjanje dovedene toplote v latentno (prikrito) toploto taljenja plin spreminjanje dovedene toplote v latentno (prikrito) toploto uparjanja H nasičena kapljevina F G T vrenja, vrelišče nasičeni plin kapljevina + plin kapljevina B E C T taljenja, tališče spreminjanje dovedene toplote v senzibilno (občutno) toploto plina D trdnina + kapljevina spreminjanje dovedene toplote v senzibilno (občutno) toploto kapljevine A spreminjanje dovedene toplote v senzibilno (občutno) toploto trdnine trdnina TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS V

  21. TIPIČNI FAZNI DIAGRAM ENOSESTAVINSKE SNOVI TERMODINAMSKE PLOSKVE kritična točka nasičeni plin nasičena kapljevina TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  22. TIPIČNI FAZNI DIAGRAM ENOSESTAVINSKE SNOVI TERMODINAMSKE PLOSKVE kritična točka kapljevina pregeta para Področje kapljevine in pare krivulja nasičene pare krivulja nasičene kapljevine TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  23. TIPIČNI FAZNI DIAGRAM ENOSESTAVINSKE SNOVI TERMODINAMSKA PLOSKEV TIPIČNE ENOSESTAVINSKE SNOVI (KRČENJE PRI STRJEVANJU) trdnina + kapljevina kritična točka kapljevina krivulja konstantnega tlaka plin trdnina kapljevina +para trojna linija trdnina + para krivulja konstantne temperature TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS B.ŠARLER, ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE, 2002/2003

  24. TIPIČNI FAZNI DIAGRAM ENOSESTAVINSKE SNOVI TERMODINAMSKA PLOSKEV ZA VODO RAZTEZANJE PRI STRJEVANJU KRITIČNA TOČKA KAPLJEVINA PLIN KAPLJEVINA + PLIN TROJNA LINIJA TRDNINA + PLIN TRDNINA TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  25. ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI ENOSESTAVINSKI SISTEM: po določenem območju termodinamskih spremenljivk sistem obravnavamo tako, kot da ga sestavlja ena kemična sestavina. Vsi čisti kemični elementi se obnašajo kot enosestavinski sistem po celotnem območju obstajanja. Molekule vode ali ogljikovega dioksida se obnašajo kot enosestavinski sistem pri običajnih laboratorijskih pogojih. TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  26. ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI Vsi kemični elementi lahko obstajajo v trdnem, kapljevitem in plinastem stanju. Številni elementi imajo več kot eno fazo v trdnem stanju. Npr. železo: Različne trdne faze enega elementa imenujemo alotrope. TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  27. ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI L, kapljevina a + L a, trdni kristal V + L P (atm) a + L + V V, plin a + V T (K) Tipični enosestavinski fazni diagram z eno trdno fazo TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  28. ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI  + L  +  L, kapljevina a, trdni kristal , trdni kristal V + L P (atm) ●  + L + V V, plin +V +V ++V ● T (K) Tipični enosestavinski fazni diagram z dvema trdnima fazama TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  29. T (K) d(BCC) g(FCC) a (BCC) L Log P P (atm) 1 atm V 1/T (K-1) ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI Tipični enosestavinski fazni diagram s tremi trdnimi fazami (železo) TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  30. KEMIČNI POTENCIAL IN GIBBSOVA PROSTA ENERGIJA V ENOSESTAVINSKIH SISTEMIH Napišimo diferencial notranje energije z ekstenzivnimi spremenljivkami Definirajmo TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  31. KEMIČNI POTENCIAL IN GIBBSOVA PROSTA ENERGIJA V ENOSESTAVINSKIH SISTEMIH Napišimo diferencial Gibbsove proste energije in v njega vstavimo diferencial notranje energije Uporabimo relacije za koeficiente za zadnji člen TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  32. V enosestavinskem sistemu je kemijski potencial komponente katerekoli faze enak molski (intenzivni) Gibbsovi prosti energiji te faze. TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  33. PLOSKVE KEMIČNEGA POTENCIALA IN STRUKTURA ENOSESTAVINSKIH FAZNIH DIAGRAMOV Napišimo diferencial kemičnega potenciala z intenzivnimi spremenljivkami Napišimo diferencial kemičnega potenciala faze alfa z intenzivnimi spremenljivkami Integrirajmo zgornji diferencial in dobimo ploskev kemičnega potenciala faze alfa TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  34. PLOSKEV KEMIČNEGA POTENCIALA FAZE ALFA a m P T TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  35. PLOSKVI KEMIČNEGA POTENCIALA FAZE ALFA IN KAPLJEVITE FAZE L a 1 bar m a + L P T Vertikalna ploskev predstavlja ploskev s konstantnim tlakom TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  36. TROJNA TOČKA – PRESEČIŠČE RAVNIN KEMIČNIH POTENCIALOV FAZ a + L m a + V L + V P T TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  37. KEMIČNI POTENCIAL KOT FUNKCIJA TEMPERATURE P (trojnatočka) V trojna točka: a+L+V G (T) - GO (J/mole) L a a L V T (K) TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  38. KEMIČNI POTENCIAL KOT FUNKCIJA TEMPERATURE P > P (trojna točka) V Tališče: a+L Vrelišče: L+V G (T) - GO (J/mole) L a a L a L V T (K) TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  39. KEMIČNI POTENCIAL KOT FUNKCIJA TEMPERATURE P < P (trojna točka) V Sublimišče: a + V G (T) - GO (J/mole) L a a L V T (K) TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  40. KEMIČNI POTENCIAL KOT FUNKCIJA TEMPERATURE fiksenP V/ G (T) - GO (J/mole) L/ L L/ V TV T (K) Parna in kapljevita faza TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  41. KEMIČNI POTENCIAL KOT FUNKCIJA TEMPERATURE konstanten P V/ G (T) - GO (J/mole) L/ a a/ a/ L L/ V TV T (K) Trdna, kapljevita, parna faza TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  42. KEMIČNI POTENCIAL KOT FUNKCIJA TEMPERATURE V/ Konstanten P G (T) - GO (J/mole) L/ b/ a/ a b a/ L b/ L/ V TV T (K) Parna, kapljevita faza, trdna faza alfa, trdna faza beta TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  43. KEMIČNI POTENCIAL KOT FUNKCIJA TEMPERATURE konstanten P samo ravnotežne faze G (T) - GO (J/mole) a b L V TV T (K) Parna, kapljevita faza, trdna faza alfa, trdna faza beta TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  44. KEMIČNI POTENCIAL KOT FUNKCIJA TEMPERATURE konstanten P V G (T) - GO (J/mole) L TbS b/ b b L metastabilno L TbM TV V T (K) Parna, kapljevita faza, trdna faza beta. Trdna faza alfa se ni tvorila. TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  45. KEMIČNI POTENCIAL KOT FUNKCIJA TEMPERATURE konstanten P V G (T) - GO (J/mole) L metastabilno TaS a a/ L/ a L V TaM TV G T (K) Parna, kapljevita faza, trdna faza alfa. Trdna faza beta se ni tvorila. TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  46. IZRAČUN PLOSKEV KEMIČNEGA POTENCIALA Izhajamo iz naslednje enačbe Fiksiramo tlak in izračunamo Entropijo faze izrazimo iz Dobimo TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  47. IZRAČUN PLOSKEV KEMIČNEGA POTENCIALA V tališču velja Napišemo lahko naslednjo enakost TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  48. IZRAČUN PLOSKEV KEMIČNEGA POTENCIALA Zadnji člen v zgornji enačbi je entropija faznega prehoda. Opisani postopek ponavljamo za različne tlake, pa lahko izračunamo celotno ploskev kemijskega potenciala. TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  49. METASTABILNA STANJA Termodinamska stanja, skozi katera prehaja termodinamski sistem, se večkrat ustavijo v metastabilnem ravnovesju. Če je kinetika faznih prehodov počasna, lahko sistem doseže metastabilno ravnovesje in v njem ostane neskončno dolgo. Tako lahko določene materiale uporabljamo v metastabilnem stanju. TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS

  50. CLAUSIUS-CLAPEYRONOVA ENAČBA Imejmo fazni diagram enosestavinskega heterogenega sistema, narisan na ploskvi tlaka in temperature. Krivuljo napetosti lahko izrazimo kot Sprememba termodinamskega stanja faz alfa in beta je TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS ENOSESTAVINSKI HETEROGENI SISTEMI / UNARY HETEROGENOUS SYSTEMS