Reale Gase, Phasenumwandlungen

1. Reale Gase, Phasenumwandlungen Gasförmig, flüssig, fest

2. Reale Gase • Van der Waalsche Zustandsgleichung • Phasenumwandlungen • Verflüssigung von Gasen

3. Van der Waalsche Zustandsgleichung

4. 200 Druck bar 340 320 0 300 50 280 100 Temperatur K Van der Waalsche 260 150 Kritischer Punkt: Volumen cm^3 Zustandsgleichung 200 240 73 bar, 304 K für 1 mol CO2 250 Van der Waalsche Zustandsfläche Flüssige Phase Koexistenz von Gas und Flüssigkeit Gasphase Im folgenden Versuch zurückgelegter Weg

5. Versuch zur Phasenumwandlung zwischen Flüssigkeit und Gas • In einer Glaskapillare wird CO2 Gas durch eine aufsteigende Hg Säule isotherm komprimiert. • Bei einem Druck von etwa 60 barerscheint flüssiges CO2 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“.

6. Die Dampfdruckkurve p Flüssigkeit Gas T

7. Koexistenz von drei Phasen Schmelzen Kritischer Punkt p Verdampfungswärme fest flüssig Schmelzwärme Sieden gasförmig T Sublimieren Tripelpunkt

8. Versuch zum Joule Thomson Effekt • Erzeugung von Kohlensäureschnee

9. Expansion von realen Gasen • Es 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 spezifischen „Inversionstemperatur“ kühlt sich das Gas bei Expansion ab • Die Inversionstemperatur liegt für CO2 und Luft weit über der Zimmertemperatur, beide kühlen sich also bei Expansion ab. Mit dem Joule - ThomsonEffekt werden Luft und CO2 verflüssigt.

10. 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

11. 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 • Effekt der Wechselwirkung: Temperaturabsenkung Verflüssigung von Gasen • Voraussetzung: Start der Expansion unterhab der „Inversionstemperatur“

12. p fest flüssig gasförmig Tripelpunkt finis T