22
Transformarea de faza Transformarea de faza reprezinta trece- reprezinta trece- rea sistemului rea sistemului termodinamic dintr-o faza termodinamic dintr-o faza in alta. in alta. Faza- componenta Faza- componenta omogena(solida,lichida,ga omogena(solida,lichida,ga zoasa)a unui sistem zoasa)a unui sistem eterogen, separata de eterogen, separata de celelalte componente prin celelalte componente prin suprafete de separatie, suprafete de separatie, pe care unele marimi pe care unele marimi sufera sufera discontinuitati(ex:densit discontinuitati(ex:densit atea,indicele de atea,indicele de refractie) refractie)

Pentru Fizica.pps

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Pentru Fizica.pps

• Transformarea de faza Transformarea de faza reprezinta trece-reprezinta trece-

rea sistemului rea sistemului termodinamic dintr-o faza termodinamic dintr-o faza in alta.in alta.

• Faza- componenta Faza- componenta omogena(solida,lichida,gaomogena(solida,lichida,gazoasa)a unui sistem zoasa)a unui sistem eterogen, separata de eterogen, separata de celelalte componente prin celelalte componente prin suprafete de separatie, pe suprafete de separatie, pe care unele marimi sufera care unele marimi sufera discontinuitati(ex:densitatdiscontinuitati(ex:densitatea,indicele de refractie)ea,indicele de refractie)

Page 2: Pentru Fizica.pps

• Procesul de trecere a unui corp din fază solidă în fază lichidă se Procesul de trecere a unui corp din fază solidă în fază lichidă se numeşte numeşte topiretopire. Procesul invers se numeşte . Procesul invers se numeşte solidificaresolidificare. .

• Curbele din Curbele din figura 7(volumul figura 7(volumul creste la topire) creste la topire) şi 8(volumul şi 8(volumul scade la topire-scade la topire-gheata,bismut,fgheata,bismut,fonta) se numesc onta) se numesc curbe de topirecurbe de topire. . Toate punctele Toate punctele de pe aceste de pe aceste curbe reprezintă curbe reprezintă stări de echilibru stări de echilibru în care coexistă în care coexistă faza lichidă cu faza lichidă cu faza solidă.faza solidă.

Page 3: Pentru Fizica.pps

Topirea si solidificareaTopirea si solidificarea

• 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.

Page 4: Pentru Fizica.pps

Topirea si solidificareaTopirea si solidificarea• Topirea si solidificarea in Topirea si solidificarea in

natura si tehnica natura si tehnica

În timpul topirii volumul substanţei se modifică. Există substanţe alcăror volum scade în urma topirii: apa, fonta, argintul, bismutul, darmajoritatea substanţelor îşi măresc volumul prin topire.

Se cunoaşte foarte bine că apa care îngheaţă într-o sticlă o spargedeoarece în timpul solidificării apei volumul acesteia creşte. Dacă setoarnă într-o eprubetă parafină topită, după solidificare se constată cănivelul acesteia a scăzut. În industrie trebuie să se ia în consideraţievariaţia volumului la solidificare pentru a nu se obţine piese mai miciîn urma turnării metalelor în forme (metalurgie)

λt=Q/m λt=λs

Page 5: Pentru Fizica.pps

Topirea si solidificarea Topirea si solidificarea • Topirea si solidificarea in Topirea si solidificarea in

natura si tehnicanatura si tehnica

• Topirea este un fenomen care se manifesta atat in natura cat si in Topirea este un fenomen care se manifesta atat in natura cat si in tehnica.tehnica.

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

Page 6: Pentru Fizica.pps

Vaporizarea si Vaporizarea si condensareacondensarea• Trecerea unei substanţe din faza Trecerea unei substanţe din faza

lichidă în faza de vapori se lichidă în faza de vapori se numeşte numeşte vaporizarevaporizare. Există mai . Există mai multe modalităţi de vaporizare a multe modalităţi de vaporizare a unui lichid în funcţie de condiţiile unui lichid în funcţie de condiţiile în care se face experimentul: în care se face experimentul: vaporizare în vidvaporizare în vid, , în atmosferă în atmosferă gazoasă, la suprafaţa lichidului şi gazoasă, la suprafaţa lichidului şi vaporizarea în toată masa vaporizarea în toată masa lichiduluilichidului..

• Cantitatea de căldură necesară Cantitatea de căldură necesară pentru a vaporiza la temperatură pentru a vaporiza la temperatură constantă o unitate de masă dintr-constantă o unitate de masă dintr-un lichid se numeşte căldură un lichid se numeşte căldură latentă specifică de vaporizarelatentă specifică de vaporizare

VQ

m

Page 7: Pentru Fizica.pps

Vaporizarea si Vaporizarea si condensareacondensarea

• Vaporizarea în vidVaporizarea în vid• Introducînd pe rIntroducînd pe raand mici nd mici

cantităţi dintr-un lichid (de cantităţi dintr-un lichid (de exemplu eter) în camera exemplu eter) în camera barometrică (Figura alaturata) barometrică (Figura alaturata) se constată că vaporizarea în se constată că vaporizarea în vid se face instantaneu şi vid se face instantaneu şi presiunea creşte (înălţimea presiunea creşte (înălţimea coloanei de mercur scade) coloanei de mercur scade) ppaană cnă caand apar vaporii nd apar vaporii saturanţi, adica lichidul saturanţi, adica lichidul rămrămaane deasupra mercurului ne deasupra mercurului fără să se mai evapore, fără să se mai evapore, presiunea atingînd o valoare presiunea atingînd o valoare maximă şi constantă, pentru maximă şi constantă, pentru temperatura experimentului, temperatura experimentului, numită numită presiunea vaporilor presiunea vaporilor saturanţisaturanţi..

h Hg

Page 8: Pentru Fizica.pps

Vaporizarea si Vaporizarea si condensareacondensarea• Vaporizarea în atmosferă gazoasăVaporizarea în atmosferă gazoasă

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

Page 9: Pentru Fizica.pps

Vaporizarea si Vaporizarea si condensareacondensarea

• EvaporareaEvaporarea

• Vaporizarea unui lichid prin Vaporizarea unui lichid prin suprafaţa sa liberă, într-o suprafaţa sa liberă, într-o atmosferă nelimitatăatmosferă nelimitată se numeşte se numeşte evaporareevaporare. Procesul de evaporare . Procesul de evaporare are loc neîntrerupt, presiunea are loc neîntrerupt, presiunea vaporilor tinzînd spre presiunea vaporilor tinzînd spre presiunea de saturaţie, pe care de fapt nu o de saturaţie, pe care de fapt nu o atinge, moleculele lichidului atinge, moleculele lichidului migrînd neîntrerupt spre straturile migrînd neîntrerupt spre straturile superioare ale atmosferei.superioare ale atmosferei.

• Viteza de evaporare este dată de Viteza de evaporare este dată de expresiaexpresia • K=constantaK=constanta

• S=suprafata libera a lichiduluiS=suprafata libera a lichidului• Pm=presiunea vaporilor saturantiPm=presiunea vaporilor saturanti• P=presiunea aporilor de deasupra lichiduluiP=presiunea aporilor de deasupra lichidului• Po=presiune atmosfericaPo=presiune atmosferica

Page 10: Pentru Fizica.pps

Vaporizarea si Vaporizarea si condensareacondensarea

• Fierberea lichidelorFierberea lichidelor• Fierberea Fierberea reprezintă procesul de vaporizare în tot reprezintă procesul de vaporizare în tot

volumul lichidului. În acest proces un rol deosebit îl joacă volumul lichidului. În acest proces un rol deosebit îl joacă bulele de gaz care se formează pe impurităţile solide bulele de gaz care se formează pe impurităţile solide aflate în lichid, sau pe pereţii vasului care conţine aflate în lichid, sau pe pereţii vasului care conţine lichidul. Condiţia care trebuie îndeplinită pentru ca lichidul. Condiţia care trebuie îndeplinită pentru ca fierberea să aibă loc este ca presiunea vaporilor saturanţi fierberea să aibă loc este ca presiunea vaporilor saturanţi ai lichidului să devină cel puţin egală cu presiunea ai lichidului să devină cel puţin egală cu presiunea exercitată din exterior asupra lichidului:exercitată din exterior asupra lichidului:

• pmpmpextpext

Page 11: Pentru Fizica.pps

Vaporizarea si Vaporizarea si condensareacondensarea

• Legile fierberiiLegile fierberii

• Fierberea are loc cand presiunea vaporilor Fierberea are loc cand presiunea vaporilor saturanti este egala cu presiunea de deasupra saturanti este egala cu presiunea de deasupra lichidului.lichidului.

• In timpul fierbeii temperatura vaporilor din In timpul fierbeii temperatura vaporilor din imediata vecinatate a lichidului este constanta. imediata vecinatate a lichidului este constanta. Temperatura de fierbere depinde de valoarea Temperatura de fierbere depinde de valoarea presiunii si este caracteristica fiecarei presiunii si este caracteristica fiecarei substante.substante.

Page 12: Pentru Fizica.pps

Vaporizarea si Vaporizarea si condensareacondensarea• CondensareaCondensarea este procesul prin este procesul prin

care care atomiiatomii sau sau moleculelemoleculele unui unui corp în stare corp în stare gazoasgazoasă pierd ă pierd suficientă suficientă energieenergie, prin scăderea , prin scăderea temperaturiitemperaturii pentru a ajunge în pentru a ajunge în stare lichidă. stare lichidă.

λc=λv c

Page 13: Pentru Fizica.pps

Vaporizarea si Vaporizarea si condensareacondensarea

• Vaporizarea si condensarea in natura si tehnicaVaporizarea si condensarea in natura si tehnica

• Vaporizarea si condensarea se intalnesc atat in natura cat si in Vaporizarea si condensarea se intalnesc atat in natura cat si in tehnica. tehnica.

• In natura, aIn natura, apa din mari si oceane se evapora. pa din mari si oceane se evapora. Dacă vaporii de apă Dacă vaporii de apă întâlnesc corpuri reci(sau curenţi reci de aer) se condensează, întâlnesc corpuri reci(sau curenţi reci de aer) se condensează, transformându-se în stropi de apă (aşa se explică formarea ploiitransformându-se în stropi de apă (aşa se explică formarea ploii). ). Astfel, apa se reîntoarce în mari si oceane-circuitul apei în Astfel, apa se reîntoarce în mari si oceane-circuitul apei în natura.natura.

• Concluzii: Evaporarea si vaporizarea unui lichid conduc la Concluzii: Evaporarea si vaporizarea unui lichid conduc la rrăcirea corpului de pe care se evaporă, deci se produce cu ăcirea corpului de pe care se evaporă, deci se produce cu absorbabsorbţţie de caldura.ie de caldura.

Page 14: Pentru Fizica.pps

DistilareaDistilarea

• Trecerea unui lichid in vapori care apoi sunt condensati prin Trecerea unui lichid in vapori care apoi sunt condensati prin racire se numeste distilare.racire se numeste distilare.

• Teorema peretelui rece(Teorema lui Watt)- Intr-o incinta in Teorema peretelui rece(Teorema lui Watt)- Intr-o incinta in care temperatura nu este aceeasi in toate punctele si in care temperatura nu este aceeasi in toate punctele si in care se afla un lichid impreuna cu vaporii sai, echilibrul care se afla un lichid impreuna cu vaporii sai, echilibrul intre cele doua faze se realizeaza atunci cand presiunea intre cele doua faze se realizeaza atunci cand presiunea vaporilor saturanti este aceeasi pretutindeni si corespunde vaporilor saturanti este aceeasi pretutindeni si corespunde celei mai joase temperaturi din incinta.celei mai joase temperaturi din incinta.

• Distilarea unui amestec de doua lichide cu puncte de Distilarea unui amestec de doua lichide cu puncte de fierbere diferite se numeste distilare fractionata.Astfel,se fierbere diferite se numeste distilare fractionata.Astfel,se realizeaza separarea celor doua lichide din amestecul realizeaza separarea celor doua lichide din amestecul brut( ex.alcoolul de apa).Se obtin diverse produse derivate brut( ex.alcoolul de apa).Se obtin diverse produse derivate ale petrolului: uleiuri, benzina,parafina, etc. ale petrolului: uleiuri, benzina,parafina, etc.

Page 15: Pentru Fizica.pps

Sublimarea si Sublimarea si desublimareadesublimarea

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

Page 16: Pentru Fizica.pps

Sublimarea si Sublimarea si desublimareadesublimarea• Diagrama de echilibru a unei substanţe. Diagrama de echilibru a unei substanţe. Punctul triplu.Punctul triplu.

• Punctul de intersecţie al curbelor de Punctul de intersecţie al curbelor de vaporizarevaporizare, de , de topiretopire şi de şi de sublimaresublimare ale unei ale unei substanţe se numeşte substanţe se numeşte punct triplu punct triplu al substanţei respective. al substanţei respective. În acest punct coexistă cele trei În acest punct coexistă cele trei stări de agregare.stări de agregare.

• Diagrama de echilibru pentru o substanţă care-şi măreşte volumul la Diagrama de echilibru pentru o substanţă care-şi măreşte volumul la topire este dată de figura 10, iar pentru o substanţă care-şi micşorează topire este dată de figura 10, iar pentru o substanţă care-şi micşorează volumul la topire este prezentată în figura 11.volumul la topire este prezentată în figura 11.

• Majoritatea substanţelor au doar o singură fază solidă, una lichidă şi una Majoritatea substanţelor au doar o singură fază solidă, una lichidă şi una gazoasă. Există însă substanţe care în stare solidă pot prezenta structuri gazoasă. Există însă substanţe care în stare solidă pot prezenta structuri cristaline diferite, adica mai multe faze corespunzătoare aceleiaşi stări cristaline diferite, adica mai multe faze corespunzătoare aceleiaşi stări de agregare. O asemenea substanţă are de agregare. O asemenea substanţă are mai multe puncte triplemai multe puncte triple şi se şi se numeşte substanţă numeşte substanţă polimorfăpolimorfă. Trecerea unei substanţe dintr-o formă . Trecerea unei substanţe dintr-o formă cristalină în alta se numeşte cristalină în alta se numeşte transormare polimorfătransormare polimorfă, care este o tranziţie , care este o tranziţie de fază de ordinul I.de fază de ordinul I.

p p

t t

T T

s o lid

v a p o r i

s o lid

v a p o r i

li ch idli ch id

Page 17: Pentru Fizica.pps

Rezultate ale Rezultate ale transformarilor de faza in transformarilor de faza in

natura. natura. • NORIINORII • Aerul de la suprafata solului Aerul de la suprafata solului

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

Page 18: Pentru Fizica.pps

Rezultate ale Rezultate ale transformarilor de faza in transformarilor de faza in

natura.natura.

• CEATACEATA• Se formeaza în zilele reci, Se formeaza în zilele reci,

cand vaporii de apa se cand vaporii de apa se condenseaza foarte aproape condenseaza foarte aproape de pamant.de pamant.

• In zilele cu ceata, circulatia In zilele cu ceata, circulatia oamenilor si a vehiculelor oamenilor si a vehiculelor este ingreunata.este ingreunata.

Page 19: Pentru Fizica.pps

Rezultate ale transformarilor Rezultate ale transformarilor de faza in natura.de faza in natura.

• PLOAIAPLOAIA

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

Page 20: Pentru Fizica.pps

Rezultate ale transformarilor Rezultate ale transformarilor de faza in natura.de faza in natura.

• BRUMABRUMA• In noptile senine si reci, de toamna sau de In noptile senine si reci, de toamna sau de

primavara, corpurile de pe pamant se racesc foarte primavara, corpurile de pe pamant se racesc foarte mult. Vaporii de apa care vin în atingere cu aceste mult. Vaporii de apa care vin în atingere cu aceste corpuri se condenseaza, iar picaturile de apa corpuri se condenseaza, iar picaturile de apa ingheata, formand un strat fin alb-stralucitor. ingheata, formand un strat fin alb-stralucitor. Bruma este daunatoare culturilor. Oamenii iau Bruma este daunatoare culturilor. Oamenii iau masuri de protejare a culturilor, facand focuri masuri de protejare a culturilor, facand focuri mocnite în gradini sau in livezi. Fumul cald mocnite în gradini sau in livezi. Fumul cald împiedica formarea brumei.împiedica formarea brumei.

Page 21: Pentru Fizica.pps

Rezultate ale transformarilor Rezultate ale transformarilor de faza in natura.de faza in natura.

• ROUAROUA• În noptile senine de vara, vaporii de aer, în atingere cu corpurile reci de pe 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 pamant, se condenseaza si formeaza stropi mici de apa. O data cu incalzirea aerului, stropii de apa se evapora.aerului, stropii de apa se evapora.

Page 22: Pentru Fizica.pps

Rezultate ale transformarilor Rezultate ale transformarilor de faza in natura.de faza in natura.

• Toate aceste Toate aceste transformari de transformari de faza asupra apei faza asupra apei duc la formarea duc la formarea fenomenelor fenomenelor naturii care naturii care realizeaza realizeaza circuitul acesteia. circuitul acesteia.