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Reale Gase, Phasenumwandlungen Gasförmig, flüssig, fest.

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Präsentation zum Thema: "Reale Gase, Phasenumwandlungen Gasförmig, flüssig, fest."—  Präsentation transkript:

1 Reale Gase, Phasenumwandlungen Gasförmig, flüssig, fest

2 Inhalt Van der Waalsche Zustandsgleichung Phasenumwandlungen Verflüssigung von Gasen

3 FormelEinheitAnmerkung 1 Joule Van der Waalsche Zustandsgleichung für 1 Mol eines realen Gases 1 bar m 6 mol -2 Berücksichtigt den Binnendruck durch die Wechselwirkung der Teilchen. Für CO2: 1 m 3 mol -1 Van der Waalsches Kovolumen, beträgt etwa das 4-fache des Eigenvolumens der darin enthaltenen Moleküle. Für CO2: Van der Waalsche Zustandsgleichung

4 p,V,T Zustände berechnet mit der van der Waalschen Zustandsgleichung

5 Beispiel: Isotherme Kompression von CO 2 bei T= 300 K 2,5 0 7,5 10 5,0 Druck [MPa] Bei 7,3 MPa erscheint flüssiges CO 2 Bei weiterer Volumenverkleinerung bleibt der Druck konstant: Dampfdruck über der Flüssigkeit Abweichung von der Zustandsgleichung im realen Gas

6 p,V,T Zustände für ein reales Gas mit flüssiger Phase 2,5 0 7,5 10 5,0 Druck [MPa]

7 Versuch zur Phasenumwandlung zwischen Flüssigkeit und Gas In einer Glaskapillare wird CO 2 Gas durch eine aufsteigende Hg Säule isotherm komprimiert. Bei einem Druck von etwa 60 bar erscheint flüssiges CO 2 über dem Hg Spiegel. –Bei weiterer Verkleinerung des Volumens wird der zunächst erhöhte Druck durch weitere Verflüssigung, d. h. Volumenabnahme, abgebaut. –Es stellt sich nach kurzer Zeit der Dampfdruck über der Flüssigkeit wieder ein – Auf der p, V, T Fläche bewegt man sich auf der blau eingezeichneten Isothermen bei ca. 295 K nach links: Zuerst im Gas, dann im Koexistenzbereich von Gas und Flüssigkeit entlang einer Maxwellschen Geraden.

8 p,V,T Zustände bei der CO 2 Kompression im Versuch 2,5 0 7,5 10 5,0 Druck [MPa]

9 p,V,T Zustandsfläche: Gas- und Flüssigkeit in CO 2 Gasphase Koexistenz von Gas und Flüssigkeit Flüssige Phase

10 Kritische Temperatur Gasphase Koexistenz von Gas und Flüssigkeit Flüssige Phase Oberhalb T= 304,2 K kann CO 2 nicht mehr verflüssigt werden: Es bleibt auch bei höheren Drucken in der Gasphase Gasphase Die kritische Temperatur für CO 2 beträgt 304,2 K bei kritischem Druck 7,3 MPa

11 Die Dampfdruckkurve Bereich der Koexistenz von Gas und Flüssigkeit

12 Die Dampfdruckkurve für konstantes Volumen p Gas Flüssigkeit T

13 Koexistenz von drei Phasen T p festflüssig gasförmig Sieden Schmelzen Sublimieren Tripelpunkt Kritischer Punkt Schmelzwärme Verdampfungswärme

14 Versuch zum Joule Thomson Effekt Erzeugung von Kohlensäureschnee

15 Expansion von realen Gasen Bei Abnehmender Dichte wird gegen die van der Waalschen Anziehungskräfte zwischen den Teilchen Arbeit verrichtet: Die Energie wird der inneren Energie des Systems entnommen Unterhalb einer für das Gas spezifischenInversionstemperatur kühlt sich das Gas bei Expansion ab –Die Inversionstemperatur liegt für CO 2 und Luft weit über der Zimmertemperatur, beide kühlen sich also bei Expansion ab. Mit dem Joule - Thomson Effekt werden Luft und CO 2 verflüssigt.

16 Expansion von He- und Wasserstoff He- und Wasserstoff erwärmen sich, wenn sie aus einer Druckflasche ausströmen: – Ihre Inversionstemperatur liegt unterhalb von - 80°C. –Zur Verflüssigung dieser Gase werden sie mit flüssiger Luft unter ihre Inversionstemperatur abgekühlt

17 Zusammenfassung Für reale Gase entspricht die van der Waalsche Zustandsgleichung der allgemeinen Gasgleichung. Die Ergänzungen sind: –Das van der Waalsche Kovolumen berücksichtigt die endliche Größe realerTeilchen –Der Binnendruck berücksichtigt die van der Waalsche Wechselwirkung zwischen den Teilchen Für jedes Gas gibt es eine kritische Temperatur, oberhalb der es bei allen Drucken im Gas Zustand bleibt Effekt der Wechselwirkung: Temperaturabsenkung bei Expansion des Gases bis zur Verflüssigung –Voraussetzung: Start der Expansion unterhalb der Inversionstemperatur

18 finis T p festflüssig gasförmig Tripelpunkt


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