
17. HALMAZÁLLAPOT-VÁLTOZÁSOK
- Az anyag három halmazállapota: sok anyag mind gáz-, mind folyadék-,
mind szilárd halmazállapotban megtalálható a természetben. Hőmérséklet- illetve
nyomásváltozás hatására a halmazállapota megváltozhat.
- Olvadás, fagyás: az olvadásponton m tömegű, homogén szilárd anyag
megolvasztásához szükséges hőmennyiség:
Q=Lo× m,
itt Lo az olvadáshő. Megfagyáskor ugyanekkora hő szabadul
fel.
- Párolgás, lecsapódás: az m tömegű folyadék ugyanakkora hőmérsékletű
gőzzé alakításához szükséges hőmennyiség:
Q=Lp× m,
itt Lp a párolgáshő. Lecsapódáskor ugyanekkora hő szabadul
fel.
- Kétállapotú rendszerek: ha folyadékot zárunk egy előzőleg légtelenített
edénybe, a folyadék egy része azonnal elpárolog. E hőmérsékleten és nyomáson
az anyag gőz és folyadék halmazállapotában is jelen van.

- Telített és telítetlen gőz: A gőz telített avagy telítetlen aszerint,
hogy az anyag molekuláinak mennyisége az adott hőmérsékleten és térfogaton
még növekedhet-e. Állandó hőmérsékleten a telített gőz nyomása jellemző az
anyagra A térfogatváltozás csak a kétállapotú rendszerben található halmazállapotok
arányát változtatja meg, nyomását nem. A víz és az éter telített gőzének nyomását
a hőmérséklet függvényében az alábbi grafikon mutatja:
- Forrás / forráspont: A forráspontot akkor érjük el, ha a telített
gőz nyomása megegyezik a külső nyomással:
.
Az m tömegű folyadék elforralásához szükséges hőmennyiség a forrásponton:
Q=Lf × m.
Itt Lf a forráshő, amely a forrásponton a párolgáshővel
megegyezik: Lp=Lf.
A forrás- (vagy olvadáspontot) befolyásoló tényezők az anyag homogenitása
és összetétele valamint a nyomás. A külső nyomás növekedésekor a forráspont
mindig emelkedik, az olvadáspont az olvadás közben kitáguló anyagok esetében
nő, összehúzódó anyagok esetében csökken. A forráspont nyomásfüggését az alábbi
grafikon mutatja:

- A kritikus állapot: A fenti grafikonon az N pont a normálállapot,
a K pont a kritikus állapot, ahol az anyag közvetlenül megy át folyékony halmazállapotból
légneműbe és viszont. A kritikus hőmérséklet és a kritikus nyomás az anyagi
minőségre jellemző mennyiségek. A víznél

- Hármaspont: Ha a kétállapotú rendszer hőmérsékletét csökkentjük,
a folyadék egyszer csak eléri a fagyáspontját. Ebben az esetben mindhárom
halmazállapot jelen lesz. Víznél ha
,
ez 0.01°C-on valósul meg.
- A halmazállapotok:
Szilárd halmazállapotban az anyag csak olvadáspontjánál alacsonyabb hőmérsékleten
lehet.
Folyadék halmazállapotban az olvadáspont és a kritikus hőmérséklet között
lehet az anyag, mert a forráspont a fentiek szerint e két hőmérséklet érték
között változhat.
Légnemű halmazállapotban az anyag minden hőmérsékleten lehet, de a kritikus
hőmérséklet felett az anyag csak légnemű lehet. Itt jó közelítéssel alkalmazhatóak
az ideális gázokra vonatkozó gáztörvények. Légnemű halmazállapotban az anyag
a kritikus hőmérséklet felett gáz-, alatta gőzállapotú.
A fentiek szemléltetését szolgálja az alábbi p-V diagramm, amelyen a különböző
hőmérsékletekhez tartozó izotermákat ábrázoltuk. A diagrammon
.
Megfigyelhető a T1 izoterma vízszintes szakaszán, hogy a folyadék-gőz
halmazállapotok egyszerre vannak jelen – a szürkével jelölt tartomány az állapotsíkon.
- Hőleadás / hőfelvétel: Termikusan zárt rendszerben a melegebb test
által leadott hő
megegyezik a hidegebb által felvett
hőmennyiséggel:
.
- Hővezetés, hőáramlás, hősugárzás: a különböző hőmérsékletű testek
közötti energiacsere hővezetéssel, hőáramlással vagy hősugárzással mehet végbe.
Hőáramlás során az anyag részecskéinek rendezett áramlása során jut el az
energia a magasabb hőmérsékletű helyről az alacsonyabbra. Ez folyadékban és
gázban valósul meg.
Hősugárzás során az energiaközlés közvetítő közeg nélkül, elektromágneses
hullámok segítségével jön létre. A kisugárzott energia felület-, és időegységenként
a test hőmérsékletének negyedik hatványával arányos:

(Stefan-Boltzmann törvény). Lásd még a 23. és a 26. fejezeteket.
Hővezetés során az energiatovábbítás a részecskék hőmozgásával valósul meg.
Anyagáramlás ilyenkor nincs, elsősorban szilárd testekben megy végbe. A d
hosszúságú, A keresztmetszetű rúdon a két vége közötti
hőmérséklet-különbség hatására t idő alatt átvezetett hőmennyiség
,
ahol
a hővezetési
tényező,
a rúd
két végének hőmérséklete, úgy hogy
.

- feladatok -
- archívum -
- versenyfeladatok -
- 16. heti
versenyfeladatok megoldása -
- vissza a tematikához -