Transformari de faza

1. Transformari de faza • Transformarea de faza reprezinta trece- rea sistemului termodinamic dintr-o faza in alta. • Faza- componenta omogena(solida,lichida,gazoasa)a unui sistem eterogen, separata de celelalte componente prin suprafete de separatie, pe care unele marimi sufera discontinuitati(ex:densitatea,indicele de refractie)

2. Procesul de trecere a unui corp din fază solidă în fază lichidă se numeşte topire. Procesul invers se numeşte solidificare. Curbele din figura 7(volumul creste la topire) şi 8(volumul scade la topire-gheata,bismut,fonta) se numesc curbe de topire. Toate punctele de pe aceste curbe reprezintă stări de echilibru în care coexistă faza lichidă cu faza solidă.

3. Din punct de vedere al modului in care loc topirea distingem două tipuri: topirea corpurilor amorfe care se produce printr-o înmuiere treptată a corpului până se ajunge la faza lichidă: sticla, ceara, smoala etc. topirea corpurilor cristaline (topirea netă) se produce prin trecerea bruscă în fază lichidă la o temperatură bine precizată: metalele, gheaţa etc. Topirea netă respectă următoarele legi: a) La o presiune dată, topirea are loc întotdeauna la aceeaşi temperatură, numită temperatură de topire, care este o caracteristică a substanţei. b) În tot timpul topirii temperatura substanţei rămâne constantă. c) Temperatura de topire este influenţată de presiunea la care este supusă substanţa. Topirea si solidificarea

4. Topirea si solidificarea in natura si tehnica În timpul topirii volumul substanţei se modifică. Există substanţe al căror volum scade în urma topirii: apa, fonta, argintul, bismutul, dar majoritatea substanţelor îşi măresc volumul prin topire. Se cunoaşte foarte bine că apa care îngheaţă într-o sticlă o sparge deoarece în timpul solidificării apei volumul acesteia creşte. Dacă se toarnă într-o eprubetă parafină topită, după solidificare se constată că nivelul acesteia a scăzut. În industrie trebuie să se ia în consideraţie variaţia volumului la solidificare pentru a nu se obţine piese mai mici în urma turnării metalelor în forme (metalurgie) Topirea si solidificarea λt=Q/m λt=λs

5. Topirea si solidificarea in natura si tehnica Topirea este un fenomen care se manifesta atat in natura cat si in tehnica. De exemplu, in zilele noastre planeta se confrunta cu topirea ghetarilor datorata incalzirii globale. Observatii recente, realizate cu ajutorul satelitilor meteorologici Radarsat-1 si Envisat, releva ca ghetarii din Groenlanda au inceput sa se topeasca in apele Oceanului Atlantic, intr-un ritm aproape dublu decat cel inregistrat in deceniul trecut. „Faptul ca topirea ghetarilor este mult mai rapida decat prognozau specialistii trebuie sa ne ingrijoreze, in contextul incalzirii globale”, spune Eric Rignot de la Jet Propulsion Laboratory, din cadrul NASA. Topirea si solidificarea

6. Trecerea unei substanţe din faza lichidă în faza de vapori se numeşte vaporizare. Există mai multe modalităţi de vaporizare a unui lichid în funcţie de condiţiile în care se face experimentul: vaporizare în vid, în atmosferă gazoasă, la suprafaţa lichidului şi vaporizarea în toată masa lichidului. Cantitatea de căldură necesară pentru a vaporiza la temperatură constantă o unitate de masă dintr-un lichid se numeşte căldură latentă specifică de vaporizare Vaporizarea si condensarea

7. h Hg Vaporizarea si condensarea • Vaporizarea în vid • Introducînd pe rand mici cantităţi dintr-un lichid (de exemplu eter) în camera barometrică (Figura alaturata) se constată că vaporizarea în vid se face instantaneu şi presiunea creşte (înălţimea coloanei de mercur scade) pană cand apar vaporii saturanţi, adica lichidul rămane deasupra mercurului fără să se mai evapore, presiunea atingînd o valoare maximă şi constantă, pentru temperatura experimentului, numită presiunea vaporilor saturanţi.

8. Vaporizarea si condensarea • Vaporizarea în atmosferă gazoasă • Dacă vaporizarea unui lichid se face într-un vas închis în care se găseşte un gaz se constată că aceasta se face mai lent decat în vid şi presiunea vaporilor saturanţi are aceeaşi valoare ca şi atunci cand vaporizarea s-a făcutîn vid. Presiunea totală a amestecului este egală cu suma presiunilor parţiale ale gazului şi vaporilor.

9. Evaporarea Vaporizarea unui lichid prin suprafaţa sa liberă, într-o atmosferă nelimitată se numeşte evaporare. Procesul de evaporare are loc neîntrerupt, presiunea vaporilor tinzînd spre presiunea de saturaţie, pe care de fapt nu o atinge, moleculele lichidului migrînd neîntrerupt spre straturile superioare ale atmosferei. Viteza de evaporare este dată de expresia K=constanta S=suprafata libera a lichidului Pm=presiunea vaporilor saturanti P=presiunea aporilor de deasupra lichidului Po=presiune atmosferica Vaporizarea si condensarea

10. Vaporizarea si condensarea • Fierberea lichidelor • Fierberea reprezintă procesul de vaporizare în tot volumul lichidului. În acest proces un rol deosebit îl joacă bulele de gaz care se formează pe impurităţile solide aflate în lichid, sau pe pereţii vasului care conţine lichidul. Condiţia care trebuie îndeplinită pentru ca fierberea să aibă loc este ca presiunea vaporilor saturanţi ai lichidului să devină cel puţin egală cu presiunea exercitată din exterior asupra lichidului: • pmpext

11. Vaporizarea si condensarea • Legile fierberii • Fierberea are loc cand presiunea vaporilor saturanti este egala cu presiunea de deasupra lichidului. • In timpul fierbeii temperatura vaporilor din imediata vecinatate a lichidului este constanta. Temperatura de fierbere depinde de valoarea presiunii si este caracteristica fiecarei substante.

12. Vaporizarea si condensarea • Condensarea este procesul prin care atomii sau moleculele unui corp în stare gazoasă pierd suficientă energie, prin scăderea temperaturii pentru a ajunge în stare lichidă. λc=λv

13. Vaporizarea si condensarea in natura si tehnica Vaporizarea si condensarea se intalnesc atat in natura cat si in tehnica. In natura, apa din mari si oceane se evapora. Dacă vaporii de apă întâlnesc corpuri reci(sau curenţi reci de aer) se condensează, transformându-se în stropi de apă (aşa se explică formarea ploii). Astfel, apa se reîntoarce în mari si oceane-circuitul apei în natura. Concluzii: Evaporarea si vaporizarea unui lichid conduc la răcirea corpului de pe care se evaporă, deci se produce cu absorbţie de caldura. Vaporizarea si condensarea

14. Distilarea • Trecerea unui lichid in vapori care apoi sunt condensati prin racire se numeste distilare. • Teorema peretelui rece(Teorema lui Watt)- Intr-o incinta in care temperatura nu este aceeasi in toate punctele si in care se afla un lichid impreuna cu vaporii sai, echilibrul intre cele doua faze se realizeaza atunci cand presiunea vaporilor saturanti este aceeasi pretutindeni si corespunde celei mai joase temperaturi din incinta. • Distilarea unui amestec de doua lichide cu puncte de fierbere diferite se numeste distilare fractionata.Astfel,se realizeaza separarea celor doua lichide din amestecul brut( ex.alcoolul de apa).Se obtin diverse produse derivate ale petrolului: uleiuri, benzina,parafina, etc.

15. Sublimarea si desublimarea • Trecerea substanţei solide direct în vapori se numeşte sublimare, iar procesul invers, desublimare. De exemplu: naftalina, camforul, iodul, sulful, bromul, bismutul la temperaturi şi presiuni obişnuite se vaporizează fără a se topi. În principiu, orice substanţă poate sublima, doar că la unele presiunea de vapori este mică. Dacă vaporii proveniţi din procesul de sublimare sunt în echilibru dinamic cu solidul din care au provenit, ei se numesc vapori saturanţi.

16. Sublimarea si desublimarea • Diagrama de echilibru a unei substanţe. Punctul triplu. • Punctul de intersecţie al curbelor de vaporizare, de topire şi de sublimare ale unei substanţe se numeşte punct triplu al substanţei respective. În acest punct coexistă cele trei stări de agregare. • Diagrama de echilibru pentru o substanţă care-şi măreşte volumul la topire este dată de figura 10, iar pentru o substanţă care-şi micşorează volumul la topire este prezentată în figura 11. • Majoritatea substanţelor au doar o singură fază solidă, una lichidă şi una gazoasă. Există însă substanţe care în stare solidă pot prezenta structuri cristaline diferite, adica mai multe faze corespunzătoare aceleiaşi stări de agregare. O asemenea substanţă are mai multe puncte triple şi se numeşte substanţă polimorfă. Trecerea unei substanţe dintr-o formă cristalină în alta se numeşte transormare polimorfă, care este o tranziţie de fază de ordinul I.

17. Rezultate ale transformarilor de faza in natura. • NORII • Aerul de la suprafata solului incarcat cu vapori de apa este antrenat prin miscari ascendente spre paturile mai inalte ale oceanului aerian,unde, dupa cum stim, presiunea atmosferica este mai scazuta. Datorita acestui fapt moleculele de aer vor suferi un proces de destindere, ceea ce va determina implicit o scadere a temperaturii,chiar daca nu se pierde energia calorica afara.Treptat,vaporii de apa vor atinge in acest fel starea de saturatie si vor condensa sau vor sublima dand nastere norilor.

18. Rezultate ale transformarilor de faza in natura. • CEATA • Se formeaza în zilele reci, cand vaporii de apa se condenseaza foarte aproape de pamant. • In zilele cu ceata, circulatia oamenilor si a vehiculelor este ingreunata.

19. Rezultate ale transformarilor de faza in natura. • PLOAIA • Se formeaza cand norii trec prin straturile reci de aer, iar vaporii se condenseaza si cad pe pamant sub forma de picaturi. Ploile sunt necesare vietii plantelor. Ele curata aerul de praf si îl racoresc.

20. Rezultate ale transformarilor de faza in natura. • BRUMA • In noptile senine si reci, de toamna sau de primavara, corpurile de pe pamant se racesc foarte mult. Vaporii de apa care vin în atingere cu aceste corpuri se condenseaza, iar picaturile de apa ingheata, formand un strat fin alb-stralucitor. Bruma este daunatoare culturilor. Oamenii iau masuri de protejare a culturilor, facand focuri mocnite în gradini sau in livezi. Fumul cald împiedica formarea brumei.

21. Rezultate ale transformarilor de faza in natura. • ROUA • În noptile senine de vara, vaporii de aer, în atingere cu corpurile reci de pe pamant, se condenseaza si formeaza stropi mici de apa. O data cu incalzirea aerului, stropii de apa se evapora.

22. Rezultate ale transformarilor de faza in natura. • Toate aceste transformari de faza asupra apei duc la formarea fenomenelor naturii care realizeaza circuitul acesteia.

23. Prezentare realizata de eleva clasei a X-a C POPA IONELA-MADALINA Prof. coord. BADEA LAURENTIU