Zmiany stanu skupienia ciał

Ciepło.

Ciepłem nazywamy sumę energii kinetycznych cząstek drgających i wchodzących w skład tego ciała.

Ciepło obliczamy ze wzoru:

m – masa ciała

C – ciepło właściwe ciała (bierzemy z tablic)

T – temperatura ciała

Q – ciepło

Topnienie.

Topnienie jest to zjawisko fizyczne, podczas którego ciało ze stanu stałego przechodzi w stan ciekły.

Wykres zjawiska topnienia.

A-B – podgrzanie ciała do temperatury topnienia

B-C – topnienie

C-D – podgrzanie cieczy

Podczas topnienia temperatura jest stała.

Ciepłem topnienia nazywamy taką ilość ciepła, która potrzebna jest do przeprowadzenia jednego kilograma ciała stałego w stan ciekły, bez zmiany temperatury.

l – ciepło topnienia

Q – ciepło

m – masa ciała

Krzepnięcie.

Krzepnięciem nazywamy zjawisko fizyczne, podczas którego ciało przechodzi ze stany ciekłego w stan stały.

A-B – ochłodzenie cieczy do temperatury krzepnięcia

B-C – krzepnięcie

C-D – obniżenie temperatury ciała stałego

Ciepłem krzepnięcia nazywamy taką ilość ciepła, która wydzieli się podczas przechodzenia jednego kilograma cieczy w stan stały, bez zmiany temperatury.

Temperatura topnienia równa jest temperaturze krzepnięcia dla tego samego ciała, w tych samych warunkach.

l – ciepło topnienia

Q – ciepło

m – masa ciała

Zmiany objętości ciał podczas topnienia i krzepnięcia oraz zależności temperaturowe topnienia i krzepnięcia od ciśnienia.

Na ogół wszystkie ciała, które przechodzą ze stanu ciekłego w stan stały, to zmniejszają swoją objętość. Do wyjątków należy woda i stop drukarski, które zwiększają swoją objętość. Te ciała, które krzepnąc zwiększają swoją objętość, ze wzrostem ciśnienia obniżają swoją temperaturę topnienia; pozostałe zwiększają.

Parowanie.

Parowanie jest to zjawisko, podczas którego ciało przechodzi ze stanu ciekłego w stan lotny. Parowanie zachodzi tylko na powierzchni cieczy i w różnych temperaturach. Szybkość parowania zależy wprost proporcjonalnie od wielkości powierzchni i od temperatury,  a odwrotnie proporcjonalnie od ciśnienia.

Ciepłem parowania nazywamy taką ilość ciepła, która potrzebna jest do przeprowadzenia jednego kilograma ciała ze stanu ciekłego w stan lotny bez zmiany temperatury.

R – ciepło parowania

Q – energia

m – masa ciała

Wrzenie.

Wrzenie jest to zjawisko fizyczne, podczas którego ciało przechodzi ze stanu ciekłego w stan lotny, zachodzi w całej objętości, a wewnątrz powstających pęcherzyków panuje ciśnienie równe ciśnieniu równe ciśnieniu par nasyconych.

Wykres zjawiska wrzenia.

A-B – podgrzanie ciała do temperatury wrzenia

B-C – wrzenie

C-D – podgrzanie pary

Ciepłem wrzenia nazywamy taką ilość ciepła, która potrzebna jest do przeprowadzenia jednego kilograma cieczy w stan lotny bez zmiany temperatury.

R – ciepło parowania

Q – energia

m – masa ciała

Skraplanie.

Skraplanie jest to zjawisko fizyczne, które polega na tym, że ciało przechodzi ze stanu lotnego w stan ciekły.

Wykres zjawiska skraplania.

A-B – obniżenie temperatury pary do temperatury skraplania

B-C – skraplanie

C-D – dalsze obniżenie temperatury cieczy

Ciepłem skraplania nazywamy taką ilość ciepła, która wydzieli się podczas przechodzenia jednego kilograma pary w stan ciekły bez zmiany temperatury.

R – ciepło parowania

Q – energia

m – masa ciała

Wpływ ciśnienia na temperaturę wrzenia.

Ze wzrostem ciśnienia, temperatura wrzenia podwyższa się.

Wykres stanu.

Zjawisko dotyczy pary wodnej, wody i lodu.

Krzywa równowagi termodynamicznej między lodem i wodą.

Krzywa równowagi termodynamicznej między wodą i parą.

Punkt potrójny.

PT – punkt potrójny przedstawia warunki równowagi termodynamicznej dla trzech stanów:

I – lód

II – woda

III – para.

IÞII – topnienie

IIÞIII – wrzenie

IIIÞII – skraplanie

IIÞI – krzepnięcie

IÞIII – sublimacja

IIIÞI – resublimacja

Sublimacja jest to zjawisko fizyczne polegające na przejściu ciała stałego w stan lotny, pomijając stan ciekły.

Resublimacja jest to zjawisko fizyczne polegające na przejściu ciała ze stanu lotnego w stan stały, pomijając stan ciekły.

Para nienasycona.

Para nienasycona to taka para, która w danej temperaturze nie ma najwyższego ciśnienia i największej gęstości.

Aby przejść z pary nienasyconej  w nasyconą należy:

·         Podwyższyć ciśnienie;

·         Obniżyć temperaturę.

Para nasycona.

Para nasycona to taka para, która w danej temperaturze posiada najwyższe ciśnienie i największą gęstość.

Aby przejść z pary nasyconej w nienasyconą należy:

·         Podwyższyć temperaturę;

·         Zmniejszyć ciśnienie.

Izoterma pary.

AB – para nienasycona

B – para nasycona

BC – skraplanie pary

CD – podwyższenie ciśnienia cieczy

Punkt krytyczny.

Tk>T3>T2>T1

Na rysunku mamy gaz w różnych temperaturach.

W celu doprowadzenia takiego gazu do stanu nasycenia, należy sprężyć go do wyższego ciśnienia.

Istnieje taka temperatura, dla której nie można doprowadzić gazu do stanu nasycenia.

Punkt krytyczny, to taka temperatura, powyżej której ciało istnieje tylko w stanie lotnym.

Skraplanie gazów w stałej temperaturze.

Skraplanie pary przez zgęszczenie  izotermiczne.

Parę możemy skroplić przez zgęszczenie izotermiczne. Punkt P przedstawiający na wykresie przesuwa się wówczas po odpowiedniej izotermie, a skraplanie rozpoczyna się wtedy, gdy punkt przekroczy linię pary w punkcie B.

Skraplanie pary przez oziębienie w stałej objętości.

Parę możemy skroplić przez oziębienie w stałej objętości. Punkt P przesuwa się pionowo w dół, równolegle do osi rzędnych. Skraplanie rozpoczyna się z chwilą przekroczenia linii pary w punkcie D. W tym przypadku skraplanie zaczyna się wtedy, gdy osiągniemy taką temperaturę, by gęstość pary nasyconej w tej temperaturze stała się równa początkowej gęstości pary nienasyconej.

Skraplanie pary przez oziębienie

pod stałym ciśnieniem.

Parę możemy skroplić przez oziębienie pod stałym ciśnieniem. Punkt P przesuwa się równolegle od osi odciętych. Skraplanie rozpoczyna się z chwilą przekroczenia linii pracy w punkcie R, co dopowiada temperaturze, w której prężność pary nasyconej jest równa początkowej prężności pary przegrzanej. W tym przypadku temperaturę tę nazywamy punktem rosy. Jeśli bowiem w atmosferze (zwłaszcza latem) mamy pewną ilość pary, a w ciągu nocy temperatura obniży się tak, że prężność pary wodnej zrówna się z prężnością temperatury (albo ją nawet przekroczy), wówczas nadmiar pary skrapla się i powstaje rosa.

Wilgotność bezwzględna.

Wilgotnością bezwzględną nazywamy stosunek masy pary wodnej w pewnej objętości do tej właśnie objętości, czyli jest to gęstość pary.

W0 – wilgotność bezwzględna

m – masa pary wodnej

V – objętość pary wodnej

Wilgotność względna.

Wilgotnością względną nazywamy stosunek masy pary wodnej w pewnej objętości do masy pary wodnej, która by tę objętość nasyciła.

Wilgotnością względną nazywamy stosunek gęstości pary wodnej zawartej w pewnej objętości do gęstości pary, która by tę objętość nasyciła.

Wilgotnością względną nazywamy stosunek ciśnienia pary wodnej zawartej w pewnej objętości do ciśnienia, które by tę objętość nasyciło.

Ww – wilgotność względna

m – masa pary wodnej

V - gęstość pary wodnej

P – ciśnienie pary wodnej

9