Tripelpunktdruck des Wassers. Überprüfung von Durchflussmesskanälen von Informationsmesssystemen

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Als Referenztemperatur auf der thermodynamischen Kelvin-Skala wird die Tripelpunkttemperatur von Wasser verwendet.

Die Temperatur des Tripelpunkts von Wasser wird auf dieser Skala mit 0,01 °C angenommen. Da die Zahlenwerte der Temperatur auf beiden Skalen (thermodynamisch und praktisch) im Rahmen der normalen Messgenauigkeit übereinstimmen, empfiehlt es sich, die anzugeben Bezeichnungen der Skala werden nur in Fällen verwendet, in denen dies von Bedeutung ist. Bei experimentellen Arbeiten werden alle Temperaturbestimmungen normalerweise anhand einer praktischen Skala (Grad Celsius) durchgeführt.

Die Temperatur des Tripelpunkts von Wasser wird auf dieser Skala mit 0,01 °C angenommen. Da die Zahlenwerte der Temperatur auf beiden Skalen (thermodynamisch und praktisch) im Rahmen der normalen Messgenauigkeit übereinstimmen, wird empfohlen, dies zu tun Geben Sie die Bezeichnungen der verwendeten Skala nur in den Fällen an, in denen dies von Bedeutung ist. Bei experimentellen Arbeiten werden alle Temperaturbestimmungen normalerweise anhand einer praktischen Skala (Grad Celsius) durchgeführt.

Die Temperatur des Tripelpunkts von Wasser auf dieser Skala wird mit 4 - 0 01 C angenommen. Da die numerischen Werte der Temperatur auf beiden Skalen (thermodynamisch und praktisch) innerhalb der Grenzen der normalen Messgenauigkeit übereinstimmen, wird empfohlen, dies zu tun Geben Sie die Bezeichnungen der verwendeten Skala nur in den Fällen an, in denen dies von Bedeutung ist. Bei experimentellen Arbeiten werden alle Temperaturbestimmungen normalerweise anhand einer praktischen Skala (Grad Celsius) durchgeführt.

Die Temperatur des Tripelpunkts von Wasser wird als Referenztemperatur auf der thermodynamischen Kelvin-Skala verwendet. Nehmen wir an, dass ein ideales Arbeitsmedium, das einen idealen Carnot-Zyklus durchführt, Wärme (1) bei einer Temperatur von 7 aufnimmt und Wärme 22 bei einer Temperatur Tg abgibt. C / Fz - Um eine Temperaturskala zu erstellen, ist es notwendig Geben Sie 7 und G2 bestimmte (Referenz-)Werte an. Als solche Referenztemperaturen können wir die Siedetemperaturen von Wasser und die Schmelztemperaturen von Eis unter normalen Bedingungen annehmen, wobei deren Differenz 100 °C beträgt.

Die Temperatur des Tripelpunkts von Wasser wird auf dieser Skala mit 0 01 C angenommen. Da die Zahlenwerte der Temperatur auf beiden Skalen (thermodynamisch und praktisch) im Rahmen der üblichen Messgenauigkeit übereinstimmen, empfiehlt es sich, die anzugeben Die Bezeichnung der Skala wird nur in den Fällen verwendet, in denen dies von Bedeutung ist. Bei experimentellen Arbeiten werden alle Temperaturbestimmungen normalerweise anhand einer praktischen Skala (Grad Celsius) durchgeführt.

Die Temperatur des Tripelpunkts von Wasser auf der Celsius-Skala beträgt 0 01 C.

Die Temperatur des Tripelpunkts von Wasser (Gleichgewichtspunkt der drei Phasen von Wasser – fest, flüssig und dampfförmig) beträgt 0,01 °C oder 273,16 K.

Die Tripelpunkttemperatur von Wasser kann mit einer Standardabweichung von 0,2 mK eingehalten werden, die die Standardabweichung der Kelvin-Wiedergabe bestimmt, die etwa 10,3 K beträgt. Schwierigkeiten treten auf, wenn eine andere Temperatur als 273,16 K gemessen werden muss.

Die Temperatur des Tripelpunkts von Wasser kann mit einer Standardabweichung von 0,2 mK aufrechterhalten werden, was die Standardabweichung der Kelvin-Wiedergabe bestimmt, die etwa 1 (G3 K) beträgt. Schwierigkeiten treten auf, wenn eine andere Temperatur als 273 gemessen werden muss 16 K.

Die Temperatur des Tripelpunkts von Wasser ist nicht schwer zu berechnen, wenn man davon ausgeht, dass Druck und im Wasser gelöste Luft sie unabhängig voneinander beeinflussen.

Die Tripelpunkttemperatur von Wasser 273 16 K entspricht 0 01 G; daher ist 273 15 K das Temperaturintervall, um das der Ursprung der Referenz verschoben wird.

Die Tripelpunkttemperatur von Wasser ist die Temperatur, bei der flüssiges Wasser, Eis und gesättigter Wasserdampf in Abwesenheit anderer Gase nebeneinander existieren.

Da die Temperatur des Tripelpunkts von Wasser, gleich 273,16 K, einer Temperatur von 0,01 C entspricht, beträgt der Offset des Ursprungs 273,15 Grad.

Der Wert der Temperatur des Tripelpunkts von Wasser wird so gewählt, dass der Abstand zwischen den Punkten des schmelzenden Eises und des kochenden Wassers auf der thermodynamischen Skala sowie auf der internationalen praktischen Skala 100 Grad beträgt; mit anderen Worten, so dass die Einheit zur Messung von Temperaturintervallen, Grad (Grad), für beide Skalen gleich ist.

Die Frage der Methoden zur Implementierung von Referenzpunkten wird ständig auf internationalen Konferenzen diskutiert und in KKT-Dokumenten behandelt; insbesondere wurden die Methoden in der von RG1/KKT erstellten und in der Zeitschrift „Metrology“ veröffentlichten Übersicht am ausführlichsten vorgestellt: B. W. Mangum, P. Bloembergen, M. V. Chattle, B. Fellmuth, P. Marcarino. Metrologia 36 (1999). Dieser Abschnitt enthält Empfehlungen zur Umsetzung von Phasenübergängen, die für Prüfer bei der Arbeit mit Referenzpunktampullen hilfreich sein können.

Tripelpunkt von Wasser (273,16 K)

Der dreifache Wasserpunkt ist der am einfachsten zu implementierende Referenzpunkt. Zur Speicherung und Reproduktion kann ein Thermostat oder ein mit einer Mischung aus zerstoßenem Eis und Wasser gefülltes Dewargefäß verwendet werden. Es wurden auch spezielle Thermostate entwickelt, um Dreipunkt-Wassergefäße aufzubewahren und über einen langen Zeitraum betriebsbereit zu halten.

Merkmale der Durchführung mit höchster Genauigkeit: Es wird empfohlen, mit den Messungen einen Tag nach der Vorbereitung des Eismantels zu beginnen. Es muss verhindert werden, dass Licht von externen Quellen in das Gefäß und das Thermometer eindringt (um Wärmeeintrag durch Strahlung zu vermeiden). Hierzu empfiehlt es sich, das Thermometer mit einem dicken Tuch abzudecken. Die Eintauchtiefe hängt von der Art des Thermometers ab. Bei handelsüblichen Platinthermometern mit einem Durchmesser von 5-7 mm sind es mindestens 15 cm.

Die Herstellung eines Eismantels kann auf verschiedene Arten erfolgen. Die gebräuchlichste und schnellste Methode ist die Verwendung von flüssigem Stickstoff und Metallstäben. Der Stab wird in flüssigen Stickstoff und dann in einen mit reinem Alkohol gefüllten Wasser-Triple-Point-Kanal eingetaucht. Der Vorgang wird wiederholt, bis sich an den Kanalwänden ein mindestens 1 cm dicker Eismantel gebildet hat. Eine andere Methode besteht darin, den Kanal mit fein zerkleinertem Trockeneis zu füllen. Auch durch Unterkühlung von Wasser kann sich ein Eismantel bilden. Das Tripelpunktgefäß wird in eine Mischung aus Eis und Speisesalz mit einer Temperatur von etwa -10 °C getaucht. In 20 Minuten. Das Gefäß wird aus der Mischung genommen und geschüttelt. In diesem Fall kann man ein beeindruckendes Bild der schnellen Bildung von Zelleis im gesamten Wasservolumen beobachten, das anschließend einen normalen Eismantel um den Kanal bildet. Diese Methode wird mittlerweile in einigen speziellen Thermostaten zur Implementierung von Referenzpunkten implementiert. Bevor mit Messungen an einem Punkt begonnen wird, muss sichergestellt werden, dass sich der Eismantel frei um den Kanal drehen kann. Sollte dies nicht der Fall sein, empfiehlt es sich, einen zimmerwarmen Aluminium- oder Glasstab für einige Sekunden in den Kanal einzuführen und anschließend die Drehung des Mantels erneut zu überprüfen. Der Kanal ist normalerweise mit sauberem Wasser gefüllt. Wenn zwischen den Wänden des Kanals und dem Thermometer ein großer Spalt entsteht, wird empfohlen, Füllmetallbuchsen zu verwenden, deren Länge der Länge des empfindlichen Elements des Thermometers entspricht.

Implementierung von Metallreferenzpunkten

Die Prinzipien zur Darstellung der Schmelz- und Erstarrungstemperaturen von Metallen werden im Abschnitt ausführlicher beschrieben

Zwei Bedingungen für den Erhalt hochwertiger Standorte zum Schmelzen und Erstarren von Metallen: 1. Verwenden Sie hochreines Metall und vermeiden Sie eine Kontamination des Metalls beim Einschmelzen in den Tiegel. 2. Stellen Sie sicher, dass das Temperaturfeld im Ofen über die gesamte Länge des Tiegels gleichmäßig ist.

Um PTS mit höchster Genauigkeit zu kalibrieren, müssen Metalle mit einer Reinheit von mindestens 99,9999 % verwendet werden. In diesem Fall weicht die am Punkt erreichte Temperatur (bis zu 420 °C) von der Temperatur eines ideal reinen Metalls um nicht mehr als 0,1–0,2 mK ab. Die Abweichung der Temperatur des Referenzpunkts vom ITS-90-Wert hängt von der Art der Verunreinigung und ihrer Wechselwirkung mit einem bestimmten Metall ab. Die Bewertung zeigt, dass bei Verwendung eines Metalls mit einer Reinheit von 99,999 % die Abweichung für die Punkte Al, Ag, Au, Cu mehrere mK beträgt. (aus dem Dokument „Zusätzliche Informationen zur ITS-90-Skala“). Der Einfluss von Verunreinigungen auf die Temperatur von Referenzpunkten wird in der Arbeit ausführlich untersucht: B. Fellmuth und K. D. Hill, Metrologia 43 (2006).(Website www.bipm.org)

KKT-Empfehlung: Der Temperaturunterschied über die Länge des Tiegels für Referenzampullen der Metallerstarrung bei einer Temperatur nahe dem Referenzpunkt sollte 10 mK nicht überschreiten. Je höher die Temperatur, desto schwieriger ist es, die Gleichmäßigkeit des Temperaturfeldes im Ofen sicherzustellen. Für Punkte über Al verwenden die meisten Primärstandard-Lagerlabore Heatpipes.

Tripelpunkt des Quecksilbers

Versiegelte Edelstahlzellen gelten als die zuverlässigsten und am einfachsten zu handhabenden. Zur Realisierung der Tripelpunkttemperatur empfiehlt sich die Verwendung eines Flüssigkeitsthermostats mit guter Durchmischung und hoher Reproduzierbarkeit der eingestellten Temperatur. Der einfachste Weg, eine Temperaturplattform zu erhalten, ist das Schmelzen von erstarrtem Quecksilber. Die Verfestigung erfolgt entweder durch Abkühlen der Zelle in einem Thermostat auf eine Temperatur von ca. -42 °C oder durch Eintauchen eines speziellen Kühlstabs (Tauchkühler) in den Kanal. Das Schmelzen wird erreicht, indem die Temperatur im Thermostat schrittweise erhöht und auf einen Wert nahe dem Referenzpunkt geregelt wird. Um die Qualität des Standorts zu verbessern und eine Schicht aus flüssigem Metall um den Kanal herum zu bilden, wird empfohlen, vor Beginn der Messungen einen warmen Stab in den Kanal einzutauchen. Mit einem guten, mit Alkohol gefüllten Flüssigkeitsthermostat können Sie problemlos eine Phasenübergangsdauer von 10 Stunden oder mehr erreichen.

Schmelzpunkt von Gallium (29,7646 °C)

Der Schmelzpunkt von Gallium ist einer der stabilsten und am besten reproduzierbaren Temperaturpunkte von MTSh-90. Die Reproduzierbarkeit der Schmelztemperatur von Gallium in guten Thermostaten erreicht ±0,2 mK oder besser. Manchmal gibt es in wissenschaftlichen Veröffentlichungen Vorschläge, diesen Punkt anstelle des Tripelpunkts von Wasser zu verwenden, um die relativen Widerstände von Referenz-Platin-Widerstandsthermometern zu berechnen. Der Schmelzpunkt von Gallium kann in Flüssigkeits- oder Festkörperthermostaten mit einem gleichmäßigen Temperaturfeld realisiert werden. Die Thermostattemperatur wird auf einen Wert eingestellt, der 1,5–2 °C über der Referenzpunkttemperatur liegt. In dem Moment, in dem das Kontrollthermometer im Kanal den Beginn des Schmelzens registriert, wird ein auf ca. 40 °C erhitzter Stab oder ein spezieller dünner Heizkörper mit einer Leistung von ca. 10 W in den Kanal eingeführt und etwa 20 Minuten im Kanal belassen . Dadurch entsteht eine dünne geschmolzene Metallschicht um den Kanal herum und ein flacherer Schmelzbereich.

Erstarrungspunkt von Zinn (231,928 °C)

Ein Merkmal des Erstarrungspunktes von Zinn ist die tiefe Unterkühlung des Zinns vor Beginn der Erstarrung. Daher müssen besondere Maßnahmen ergriffen werden, um eine Unterkühlung durchzuführen und das Metall aus dem unterkühlten Zustand zu entfernen. Die gebräuchlichste Methode ist wie folgt: Zinn wird geschmolzen und auf eine Temperatur von 5 °C über dem Referenzpunkt überhitzt, 10–15 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten, danach ändert sich die Reglereinstellung auf einen Temperaturwert, der 0,5–1 °C darunter liegt der Referenzpunkt und die Abkühlung des Metalls beginnt; Nachdem die vom Kontrollthermometer im Zellenkanal aufgezeichnete Temperatur die Erstarrungstemperatur erreicht hat, wird die Zelle aus dem Ofen an die Luft entfernt und der Prozess der Unterkühlung und des spontanen Anstiegs der Metalltemperatur (Rekaleszenz) wird mit dem Kontrollthermometer überwacht; die Zelle wird wieder in den Ofen eingetaucht; Zwei zimmerwarme Stäbe werden nacheinander zwei Minuten lang in den Kanal eingeführt. Danach können Sie mit der Messung beginnen. Für das Niveau von Arbeitsnormalen und Referenzthermometern können vereinfachte Erstarrungstechniken verwendet werden. Um innerhalb eines Arbeitstages eine Erstarrungsstelle zu erhalten, können Sie das Zinn 10-15 °C über die Punkttemperatur überhitzen und 1 Stunde lang auf dieser Temperatur halten. Wenn die Anforderungen an die erweiterte Unsicherheit der PTS-Kalibrierung nicht höher als 2 mK sind , und der Ofen über ein gleichmäßiges Temperaturfeld verfügt, dann können Sie auch am Schmelzplatz erfolgreich arbeiten. In einigen Zellen erreicht die Unterkühlung nur 2-3 °C; in diesem Fall ist es zur Erzielung einer Erstarrungsstelle möglich, die Zelle nicht aus dem Ofen zu entfernen, sondern die Ofentemperatur um 5-7 °C zu senken und danach Rekaleszenz: Erhöhen Sie die Temperatur auf einen Wert nahe der Temperatur des Referenzpunkts. Die wichtigste und meist am schwierigsten zu erfüllende Voraussetzung für die qualitativ hochwertige Umsetzung des Zinnpunktes (sowie anderer Erstarrungspunkte von Metallen) ist die Gleichmäßigkeit des Temperaturfeldes über die Länge des Tiegels mit dem Metall .

Der Erstarrungsprozess von Zinn wird in der folgenden Monographie ausführlich beschrieben: G. F. Strouse und N. P. Moiseeva, NIST Special Publication 260-138 (1999).

Erstarrungspunkte von Indium (156,5985 °C), Zink (419,527 °C), Aluminium (660,323 °C), Silber (961,78 °C)

Die Methode zur Umsetzung dieser Punkte ist nahezu identisch, weil Die Unterkühlung von Metallen ist nicht großartig. Das Grundprinzip zur Erzielung hochwertiger Erstarrungsstellen besteht darin, eine hohe Gleichmäßigkeit des Temperaturfeldes im Tiegel sicherzustellen. (Es ist zu beachten, dass ein Temperaturunterschied von mehreren Grad im Tiegel sehr gefährlich ist, da er zur Zerstörung der Ampulle führen kann, da die Schicht aus geschmolzenem Metall am Boden des Tiegels keine Möglichkeit hat, sich nach oben auszudehnen Die oberste Schicht befindet sich noch in einem festen Zustand. Dadurch tritt das Metall durch Graphit aus.) Die von CCT vorgeschlagene Technik ist wie folgt: Das Metall wird langsam geschmolzen, nach dem Schmelzen um 5 K überhitzt und 10 – 15 Stunden; Die Ofentemperatur wird auf einen Wert eingestellt, der 2-3 °C unter dem Erstarrungspunkt liegt, und wenn am Kontrollthermometer Unterkühlung und Rekaleszenz beobachtet werden, wird das Thermometer aus dem Tiegel und zwei Quarz- (oder Keramik-) Stäben entfernt, zunächst bei Raumtemperatur , werden abwechselnd in den Kanal eingefügt. Jeder Stab wird 2 Minuten lang im Kanal gehalten. Dies fördert die Bildung einer dünnen Schicht aus erstarrtem Metall, d.h. Die zweite Phasengrenze, die das Thermometer „thermostatisiert“, stabilisiert den Erstarrungsfortschritt und „korrigiert“ in gewissem Maße die Ungleichmäßigkeit des Temperaturfelds entlang der Länge des empfindlichen Elements des Thermometers. Um die maximale Dauer des Erstarrungsprozesses zu erreichen, wird die Temperatur im Ofen auf einen Wert erhöht, der 0,5 - 1 K unter dem Referenzpunkt liegt. Danach ist es möglich, eine sequentielle Kalibrierung der Referenzthermometer durchzuführen. Um die Dauer des Zeitraums zu verlängern, wird empfohlen, die Thermometer vor dem Einsetzen in die Ampulle aufzuwärmen.

Die oben dargelegten Empfehlungen beziehen sich hauptsächlich auf Messungen auf dem Referenzniveau der Genauigkeit, bei denen eine erweiterte Unsicherheit von nicht weniger als 1–2 mK erforderlich ist. Die Zellen der Referenzpunkte in Standardinstallationen bestehen aus Quarz und sind bei primären Zustandsstandards Zellen vom „offenen“ Typ mit einstellbarem Druck; bei Arbeitsnormalen sind dies in der Regel Zellen vom „geschlossenen“ Typ (versiegelter Quarz). Ampullen). Derzeit entstehen immer mehr Installationen zur Implementierung von MTSh-90-Referenzpunkten, die zur Kalibrierung von Sekundärstandards und Referenzthermometern verwendet werden. In solchen Anlagen können Zellen der zuverlässigsten Bauart verwendet werden: Ein Graphittiegel mit Metall wird in ein versiegeltes Metallgehäuse gestellt. Erwähnenswert ist auch, dass zur Erzielung einer erweiterten Unsicherheit auf dem Niveau von 3–5 mK Schmelzplattformen für hochreine Metalle in Öfen mit einem gleichmäßigen Temperaturfeld eingesetzt werden können.

Ausführlichere Informationen zur Umsetzung der ITS-90-Referenzpunkte finden Sie im Abschnitt

Wenn das System einkomponentig ist, also aus einem chemisch homogenen Stoff oder seiner Verbindung besteht, dann fällt der Begriff einer Phase mit dem Begriff eines Aggregatzustands zusammen. Gemäß § 60 kann sich derselbe Stoff abhängig vom Verhältnis zwischen der doppelten durchschnittlichen Energie pro Freiheitsgrad der chaotischen thermischen Bewegung von Molekülen und der niedrigsten potentiellen Wechselwirkungsenergie zwischen Molekülen in einem von drei Aggregatzuständen befinden: fest , flüssig oder gasförmig. Dieses Verhältnis wiederum wird durch die äußeren Bedingungen – Temperatur und Druck – bestimmt. Folglich werden Phasenumwandlungen auch durch Temperatur- und Druckänderungen bestimmt. Zur visuellen Darstellung von Phasenumwandlungen wird es verwendet Zustandsdiagramm(Abb. 115), auf dem in Koordinaten r, T Die Beziehung zwischen der Phasenübergangstemperatur und dem Druck wird in Form von Verdampfungs- (EC), Schmelz- (MC) und Sublimationskurven (CS) angegeben, wobei das Diagrammfeld in drei Bereiche unterteilt wird, die den Existenzbedingungen des Feststoffs (TT) entsprechen. flüssige (L) und gasförmige (G) Phase Die Kurven im Diagramm werden aufgerufen Phasengleichgewichtskurven, Jeder Punkt auf ihnen entspricht

erfüllt die Gleichgewichtsbedingungen zweier koexistierender Phasen: CP – fest und flüssig, CI – flüssig und gasförmig, KS – fest und gasförmig.

Der Punkt, an dem sich diese Kurven schneiden und der somit die Bedingungen (Temperatur T tr und der entsprechende Gleichgewichtsdruck p tr) für die gleichzeitige Gleichgewichtskoexistenz dreier Phasen eines Stoffes bestimmt, wird genannt dreifacher Punkt. Jeder Stoff hat nur einen Tripelpunkt. Der Tripelpunkt des Wassers wird durch eine Temperatur von 273,16 K charakterisiert (auf der Celsius-Skala entspricht dies einer Temperatur von 0,01 °C) und ist der Hauptbezugspunkt für die Konstruktion einer thermodynamischen Temperaturskala.

Die Thermodynamik bietet eine Methode zur Berechnung der Gleichgewichtskurve zweier Phasen derselben Substanz. Entsprechend Clapeyron-Clausius-Gleichung, Ableitung des Gleichgewichtsdrucks nach der Temperatur

Wo L- Phasenübergangswärme, ( V 2 -V 1) -Volumenänderung eines Stoffes beim Übergang von der ersten in die zweite Phase, T- Übergangstemperatur (isothermer Prozess).

Mit der Clapeyron-Clausius-Gleichung können wir die Steigungen von Gleichgewichtskurven bestimmen. Weil das L Und T positiv sind, wird die Steigung durch das Vorzeichen angegeben V 2 -V 1 . Beim Verdampfen von Flüssigkeiten und Sublimation von Feststoffen nimmt das Volumen des Stoffes immer zu, also nach (76.1), d P/D T>0; Daher führt bei diesen Prozessen eine Temperaturerhöhung zu einer Druckerhöhung und umgekehrt. Beim Schmelzen der meisten Stoffe kommt es in der Regel zu einer Volumenvergrößerung, d.h P/D T>0; Daher führt eine Druckerhöhung zu einer Erhöhung der Schmelztemperatur (durchgezogener CP in Abb. 115). Bei manchen Stoffen (H 2 O, Ge, Gusseisen etc.) ist das Volumen der flüssigen Phase kleiner als das Volumen der festen Phase, d.h P/D T<0; следовательно, увеличение давления сопровождается понижением температуры плавления (штриховая ли­ния на рис. 115).

Zustandsdiagramm basierend auf

Basierend auf experimentellen Daten können wir beurteilen, in welchem ​​Zustand sich eine bestimmte Substanz tatsächlich befindet R Und T, und auch, welche Phasenübergänge während eines bestimmten Prozesses auftreten. Zum Beispiel unter Bedingungen, die dem Punkt entsprechen 1 (Abb. 116) befindet sich der Stoff im festen Zustand, Punkt 2 im gasförmigen Zustand und Punkt 3 sowohl im flüssigen als auch im gasförmigen Zustand. Nehmen wir an, dass sich der Stoff entsprechend dem Punkt im festen Zustand befindet 4, erfährt eine isobare Erwärmung, dargestellt im Phasendiagramm mit horizontaler gestrichelter Linie 4- 5-6. Die Abbildung zeigt das bei einer dem Punkt entsprechenden Temperatur 5, Der Stoff schmilzt bei einer dem Punkt entsprechenden höheren Temperatur 6 - beginnt sich in Gas zu verwandeln. Liegt der Stoff entsprechend Punkt 7 im festen Zustand vor, so gilt beim isobaren Erhitzen (gestrichelte Linie 7-) 8) Der Kristall verwandelt sich in Gas, ohne die flüssige Phase zu durchlaufen. Befindet sich der Stoff im Zustand entsprechend Punkt 9, dann bei isothermer Kompression (gestrichelte Linie). 9-10) Es durchläuft die folgenden drei Zustände: gasförmig – flüssig – kristalliner Zustand.

Das Zustandsdiagramm (siehe Abb. 115 und 116) zeigt, dass die Verdunstungskurve am kritischen Punkt K endet. Daher ist es möglich kontinuierlichÜbergang eines Stoffes vom flüssigen in den gasförmigen Zustand und zurück unter Umgehung des kritischen Punktes, ohne die Verdampfungskurve zu überschreiten (Übergang). 11 -12 in Abb. 116), also ein Übergang, der nicht von Phasenumwandlungen begleitet wird. Dies ist möglich, da der Unterschied zwischen Gas und Flüssigkeit rein quantitativer Natur ist.

nym (beide Zustände sind beispielsweise isotrop). Der Übergang vom kristallinen Zustand (gekennzeichnet durch Anisotropie) zum flüssigen oder gasförmigen Zustand kann daher nur abrupt (als Ergebnis eines Phasenübergangs) erfolgen

Schmelz- und Sublimationskurven können nicht abbrechen, wie dies bei der Verdampfungskurve am kritischen Punkt der Fall ist. Die Schmelzkurve geht bis ins Unendliche und die Sublimationskurve geht bis zu dem Punkt, wo R= 0 und T= 0.

Kontrollfragen

Wie unterscheiden sich reale Gase von idealen Gasen? Welche Bedeutung haben Korrekturen bei der Ableitung der Van-der-Waals-Gleichung?

Warum sind überhitzte Flüssigkeiten und übersättigter Dampf metastabile Zustände? Bei der adiabatischen Expansion eines Gases ins Vakuum ändert sich seine innere Energie nicht. Wie ändert sich die Temperatur, wenn das Gas ideal ist? real?

Was sind das Wesen und die Ursachen des Joule-Thomson-Effekts? Wann heißt es positiv? Negativ?

Warum nimmt die Oberflächenspannung aller Stoffe mit der Temperatur ab? Was sind Tenside? Unter welchen Bedingungen benetzt eine Flüssigkeit einen Feststoff? Ist es nicht nass? Was bestimmt die Steighöhe der benetzenden Flüssigkeit in der Kapillare? Wie unterscheiden sich Einkristalle von Polykristallen? Wie können Kristalle klassifiziert werden?

Wie erhält man das Dulong- und Petit-Gesetz basierend auf der klassischen Theorie der Wärmekapazität? Eine bestimmte Menge eines festen Stoffes wird mit demselben Stoff in flüssigem Zustand vermischt. Warum steigt die Temperatur dieser Mischung nicht an, wenn sie ein wenig erhitzt wird? Wie unterscheidet sich ein Phasenübergang erster Ordnung von einem Phasenübergang zweiter Ordnung?

Aufgaben

10.1. Kohlendioxid mit der Masse m=1 kg befindet sich in einem Gefäß mit einem Fassungsvermögen von 20 Litern bei einer Temperatur von 290 K. Bestimmen Sie den Gasdruck, wenn: 1) das Gas real ist; 2) ideales Gas. Erklären Sie den Unterschied in den Ergebnissen. Änderungen A Und B Nehmen Sie gleich 0,365 N m 4 /mol 2 bzw. 4,3 · 10 -5 m 3 /mol. [ 1) 2,44 MPa; 2) 2,76 MPa]

10.2. Sauerstoff, der eine Stoffmenge v = 2 mol enthält, nimmt ein Volumen ein V 1 = 1 l. Bestimmen Sie die Änderung T der Temperatur von Sauerstoff, wenn dieser adiabatisch ins Vakuum auf ein Volumen V 2 =10 Liter expandiert. Änderung A nehmen Sie gleich 0,136 N m 4 /mol 2. [-11,8 K |

10.3. Zeigen Sie, dass der Joule-Thomson-Effekt immer dann negativ ist, wenn das Gas gedrosselt wird, wobei die Anziehungskräfte der Moleküle vernachlässigt werden können.

10.4. Bestimmen Sie die Arbeit, indem Sie davon ausgehen, dass der Prozess der Seifenblasenbildung isotherm ist A, was getan werden muss, um seinen Durchmesser zu vergrößern D 1 =2 cm bis d 2 =6 cm. Nehmen Sie die Oberflächenspannung der Seifenlösung gleich 40 mN/m.

10.7. Um eine Metallkugel mit einem Gewicht von 25 g von 10 auf 30 °C zu erhitzen, wurde eine Wärmemenge von 117 J aufgewendet. Bestimmen Sie die Wärmekapazität der Kugel anhand des Dulong- und Petit-Gesetzes und des Materials der Kugel. [M107 kg/mol; Silber]

*P. Laplace (1749 -1827) -Französischer Wissenschaftler.

* K. Linde (1842-1934) – deutscher Physiker und Ingenieur.

Gleichzeitige Koexistenz dreier Wasserphasen

Wie aus den Parametern des Tripelpunkts von Wasser hervorgeht, ist unter normalen Bedingungen die gleichgewichtige Koexistenz von Eis, Wasserdampf und flüssigem Wasser unmöglich. Dieser Umstand scheint im Widerspruch zu gewöhnlichen Beobachtungen zu stehen – Eis, Wasser und Dampf werden oft gleichzeitig beobachtet. Aber es gibt keinen Widerspruch – die beobachteten Zustände sind weit vom thermodynamischen Gleichgewicht entfernt und werden in der Praxis nur aufgrund der kinetischen Einschränkungen von Phasenübergängen realisiert. Der Tripelpunkt von Wasser zeichnet sich durch bestimmte Druck- und Temperaturparameter aus und kann daher manchmal als „Referenzpunkt“ verwendet werden, also als Referenzpunkt beispielsweise für die Kalibrierung von Instrumenten.

siehe auch

Links

• Wasser am Tripelpunkt. (Eigentlich eine Art unterkühlte Flüssigkeit) Video

Anmerkungen

Wikimedia-Stiftung. 2010.

Sehen Sie in anderen Wörterbüchern, was „Triple Point of Water“ ist:

Tripelpunkt des Wassers- (für ein Element, das eine Art Dewar-Gefäß ist) [A.S. Goldberg. Englisch-Russisches Energiewörterbuch. 2006] Energiethemen im Allgemeinen EN Tripelpunkt von WasserTPW ... Leitfaden für technische Übersetzer

Dreifacher Punkt- Wasser; p Druck; t Temperatur. TRIPLE POINT, ein Gleichgewichtszustand der Koexistenz dreier Phasen einer Substanz, normalerweise fest, flüssig und gasförmig. Die Temperatur des Tripelpunkts von Wasser (der Punkt der Koexistenz von Eis, Wasser und Dampf) beträgt 0,01 °C (273,16 K) bei ... ... Illustriertes enzyklopädisches Wörterbuch

Ein Zustand des Gleichgewichts der Koexistenz. Der Tripelpunkt von Wasser bezeichnet die drei Phasen einer Substanz, normalerweise fest, flüssig und gasförmig. Die Temperatur des Tripelpunkts von Wasser (der Punkt der Koexistenz von Eis, Wasser und Dampf, Abb.) beträgt 0,01.C (273,16 K) bei einem Druck von 6,1 hPa... ... Großes enzyklopädisches Wörterbuch

Dreifacher Punkt- ein Punkt im thermodynamischen Zustandsdiagramm, der dem Gleichgewicht der drei Phasen des betrachteten thermodynamischen Systems entspricht. Beispielsweise entspricht der Tripelpunkt von Wasser dem Gleichgewicht eines Systems aus Eis, Wasser und Wasserdampf. Temperatur... ...

DREIFACHER PUNKT- ein Punkt im thermodynamischen Zustandsdiagramm, der dem Gleichgewicht der drei Phasen des betrachteten thermodynamischen Systems entspricht. Beispielsweise entspricht der Tripelpunkt von Wasser dem Gleichgewicht eines Systems aus Eis, Wasser und Wasserdampf. Temperatur... ... Metallurgisches Wörterbuch

Der Gleichgewichtszustand der Koexistenz dreier Phasen einer Substanz, normalerweise fest, flüssig und gasförmig. Die Temperatur des Tripelpunkts von Wasser (der Punkt, an dem Eis, Wasser und Dampf nebeneinander existieren, Abb.) beträgt 0,01 °C (273,16 K) bei einem Druck von 6,1 hPa (4,58 mm Hg). * * * … Enzyklopädisches Wörterbuch

Typische Arten von Phasendiagrammen. Eine grüne Punktlinie stellt das anormale Verhalten von Wasser dar. Der Tripelpunkt ist ein Punkt in einem Phasendiagramm, an dem drei Phasenlinien zusammenlaufen... Wikipedia

dreifacher Punkt- ein Punkt im Phasendiagramm, der der Koexistenz von drei Phasen eines Stoffes entspricht. Aus der Phasenregel folgt, dass ein chemisch einzelner Stoff (Einkomponentensystem) im Gleichgewicht nicht mehr als drei Phasen haben kann. Diese drei... ... Enzyklopädisches Wörterbuch der Metallurgie

In der Thermodynamik ein Punkt im Phasendiagramm, der der Gleichgewichtskoexistenz von drei Phasen in va entspricht. Aus der Gibbs-Phasenregel folgt, dass ein chemisch einzelner Stoff in einem Einkomponentensystem im Gleichgewicht nicht mehr als drei Phasen haben kann.... ... Physische Enzyklopädie

DREIFACHPUNKT, Temperatur und Druck, bei dem alle drei Aggregatzustände (fest, flüssig, gasförmig) gleichzeitig existieren können. Für Wasser liegt der Tripelpunkt bei einer Temperatur von 273,16 K und einem Druck von 610 Pa... Wissenschaftliches und technisches Enzyklopädisches Wörterbuch

Der Tripelpunkt von Wasser bezeichnet die drei Phasen einer Substanz, normalerweise fest, flüssig und gasförmig. DREIFACHPUNKT – ein Punkt im thermodynamischen Zustandsdiagramm, der dem Gleichgewicht der drei Phasen des betrachteten thermodynamischen Systems entspricht.

Dieser Umstand scheint im Widerspruch zu gewöhnlichen Beobachtungen zu stehen – Eis, Wasser und Dampf mit einer Temperatur von etwa 0 °C werden gleichzeitig beobachtet. Die Gibbs-Phasenregel begrenzt die Anzahl der koexistierenden Phasen – ein Einkomponentensystem im Gleichgewicht kann nicht mehr als drei Phasen haben –, erlegt jedoch keine Beschränkungen für deren Aggregatzustand auf.

Bei Monotropie tritt nur ein metastabiler Tripelpunkt auf. Für Wasser waren 1975 sieben weitere Tripelpunkte bekannt, davon drei für drei feste Phasen. Für moderne Daten siehe den Artikel Phasendiagramm von Wasser und das Diagramm in diesem Artikel. Um ein Zweikomponentensystem zu beschreiben, wird zu Temperatur und Druck ein dritter Parameter hinzugefügt, der die Zusammensetzung des Systems charakterisiert.

Im Allgemeinen existieren Tripelpunkte auf ebenen Zustandsdiagrammen von Systemen mit einer beliebigen Anzahl von Komponenten, wenn alle Parameter, die den Zustand des Systems bestimmen, bis auf zwei, festgelegt sind. Wie aus den Parametern des Tripelpunkts von Wasser hervorgeht, ist unter normalen Bedingungen die gleichgewichtige Koexistenz von Eis, Wasserdampf und flüssigem Wasser unmöglich. Aber es gibt keinen Widerspruch – die beobachteten Zustände sind weit vom thermodynamischen Gleichgewicht entfernt und werden in der Praxis nur aufgrund der kinetischen Einschränkungen von Phasenübergängen realisiert.

Gleichzeitige Koexistenz dreier Wasserphasen

Tripelpunkte (1 und 2) im Phasendiagramm in P-T-Koordinaten (Druck – Temperatur). Mit zunehmender Anzahl der Komponenten eines Systems (Lösung oder Legierung) nimmt auch die Anzahl unabhängiger Parameter zu, die dieses System charakterisieren. Das Gleichgewicht der drei Phasen für ein solches System wird durch einen Punkt dargestellt, wenn einer der Parameter (z. B. P) als konstant betrachtet wird, d. h. wir betrachten ein flaches Gleichgewichtsdiagramm. In 5 Bänden. - M.: Sowjetische Enzyklopädie. Punkt O im Diagramm entspricht einem System mit drei Phasen (m, w, n). In diesem Fall ist C = -3 + 2 = 0 (das System ist invariant).

1.6. Konzept eines Zustandsdiagramms eines Einkomponentensystems

Wenn man es den Leuten jedoch ohne Kontext erzählt, ist es „in jedem der Staaten“ immer noch besser. Haben Sie schon einmal gesehen, wie in der Hitze so ein unsichtbarer Dampf im Licht aufsteigt, aber einen Schatten hinterlässt? Das ist er. Wie eine Fata Morgana in der Wüste. Die kritische Temperatur liegt dann vor, wenn die Grenzen zwischen dem flüssigen und dem gasförmigen Zustand aufgehoben werden (siehe Grafik in der oberen rechten Ecke). Im Allgemeinen reden Sie Unsinn.

Die durch die Kurven begrenzten Bereiche des Phasendiagramms entsprechen den Bedingungen (Temperaturen und Drücken), unter denen nur eine Phase des Stoffes stabil ist. Die Kurven des Phasendiagramms entsprechen den Bedingungen, unter denen zwei beliebige Phasen miteinander im Gleichgewicht sind. Bei Wasser führt ein Druckanstieg zur Zerstörung von Wasserstoffbrückenbindungen, die in einem Eiskristall Wassermoleküle zusammenbinden und so eine sperrige Struktur bilden.

Das bedeutet, dass sich Wasser bei entsprechender Temperatur und entsprechendem Druck nicht in seinem stabilsten (stabilsten) Zustand befindet. Das Phänomen, das der Existenz von Wasser in einem metastabilen Zustand entspricht und durch die Punkte dieser Kurve beschrieben wird, wird Unterkühlung genannt. Es gibt zwei Punkte im Phasendiagramm, die von besonderem Interesse sind. Mit anderen Worten: Oberhalb dieses Punktes sind die dampfförmige und die flüssige Form des Wassers nicht mehr zu unterscheiden.

Großes enzyklopädisches Wörterbuch

Zu diesem Zeitpunkt befinden sich Eis, flüssiges Wasser und Wasserdampf im Gleichgewicht miteinander. Der Zusammenhang zwischen Druck (p), Temperatur (T) und Volumen (V) einer Phase kann durch ein dreidimensionales Phasendiagramm dargestellt werden.

Normalerweise ist es bequemer, mit Abschnitten dieses Diagramms mit der p-T-Ebene (bei V=const) oder der p-V-Ebene (bei T=const) zu arbeiten. Die AC-Linie ist eine Eissublimationskurve (manchmal auch Sublimationslinie genannt), die die Abhängigkeit des Wasserdampfdrucks über dem Eis von der Temperatur widerspiegelt. Basierend auf dem Prinzip von Le Chatelier lässt sich vorhersagen, dass ein Druckanstieg zu einer Gleichgewichtsverschiebung in Richtung Flüssigkeitsbildung führt, d. h. der Gefrierpunkt sinkt.

Diese drei Phasen bilden ein metastabiles System, d.h. ein System in einem Zustand relativer Stabilität. Im Falle des Schwefeldiagramms haben wir es mit der spontanen gegenseitigen Umwandlung zweier kristalliner Modifikationen zu tun, die je nach Bedingungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung ablaufen kann. Bewegung entlang der Linien des Zweiphasengleichgewichts im Phasendiagramm (C=1) bedeutet eine konsistente Änderung von Druck und Temperatur, d. h. p=f(T).

Physische Enzyklopädie

0 und nach der Clapeyron-Gleichung die Ableitung dp/dT. Die Dichte von Wasser beträgt β = 1 g/cm3, die Dichte von Eis beträgt l = 1,091 g/cm3, das Molekulargewicht von Wasser beträgt M = 18 g/mol. Dies liegt daran, dass die Unordnung (deren Maß die Entropie ist) beim Übergang vom festen in den flüssigen Zustand nicht so stark zunimmt wie beim Übergang in den gasförmigen Zustand. Zusammenfassend kann man sagen, dass es in der Natur ein bestimmtes Verhältnis von Temperatur und Druck gibt, bei dem ein Stoff gleichzeitig in drei Zuständen existieren kann.

TRIPLE POINT – ein Zustand des Gleichgewichts der Koexistenz. Tripelpunkt – Typische Arten von Phasendiagrammen. Für CO2 beispielsweise Tt = 216,6 K, RT = 5,16 · 105 N/m2, für T. t. Wasser - basisch. Bezugspunkt abs. thermodynamisch Denn in einem Wasserkolben mit der Temperatur und dem Druck des Tripelpunkts kann sich Wasser in allen Zuständen gleichzeitig befinden. Der Tripelpunkt von Wasser zeichnet sich durch bestimmte Druck- und Temperaturparameter aus und kann daher manchmal als „Referenzpunkt“ verwendet werden, also als Referenzpunkt beispielsweise für die Kalibrierung von Instrumenten.