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Zustandsdiagramme

p,T-Zustandsdiagramm

Um das Zustandsverhalten eines reinen Stoffes zu bestimmen, geben wir Wertepaare (p,T) vor und notieren Art und Zahl der Phasen. Dieses Vorgehen ist in den Animationen ( (Abb. 1) und (Abb. 2) ) dargestellt.

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Abb.1
Das p,T-Zustandsdiagramm eines reinen Stoffes

Die Indices s, l, g werden nur einmal angegeben und bezeichnen eine zusammenhängende Fläche. Jede Fläche definiert jene Wertepaare (p, T), für die der Stoff nur fest, flüssig bzw. gasförmig auftritt. Es ist erkennbar, dass die Flächen durch drei Begrenzungskurven getrennt sind, entlang derer der Stoff in zwei Phasen vorliegt: s+ l, s+ g oder l+ g. Alle drei Kurven kommen in einem Punkt zusammen. Für das entsprechende Wertepaar ( p t , Tt) koexistieren alle drei Aggregatzustände s, l, g. Dieser Punkt wird deswegen als Tripelpunkt eines reinen Stoffes bezeichnet. Durch drücken des Startknopfes können die Druck- und Temperaturbedingungen geändert werden.

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Abb.2
Das p , T -Zustandsdiagramm eines reinen Stoffes.

Ausgehend von A kann die Zustandsänderung in der Animation auf zwei Wegen verfolgt werden.

  • Isobare Zustandsänderung: Erhöht man die Temperatur durch Wärmezufuhr, so dehnt sich der Stoff zunächst nur wenig aus. Bei D beginnt der Stoff flüssig zu werden. Bei weiterer Wärmezufuhr schreitet die Verflüssigung voran, ohne dass sich die Temperatur ändert. Erst wenn allein die flüssige Phase vorliegt, steigt bei weiterer Wärmezufuhr die Temperatur wieder an, bis E erreicht ist. Hier beginnt die Verdampfung in entsprechender Weise wie beim Schmelzen.
  • Isotherme Zustandsänderung: Der Stoff befindet sich in einem Thermostaten, dem Energie während der Zustandsänderungen entzogen wird. Nach Beginn der Druckminderung expandiert der feste Stoff geringfügig bis B. Dort setzt die Sublimation ein, ohne dass sich der Druck ändert. Erst nachdem die feste Phase völlig verschwunden ist, kann der Druck weiter vermindert werden (C). Dabei vergrößert sich das Volumen der Gasphase entsprechend des idealen Gasgesetzes.

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