Contact   1043  48       

door 
  Wetenschappen  
  CLEAR  
  Edities  
  Test  
Aggregatietoestanden
    9 / 19   Warmte
 

-

Theorie Examenvragen  

Spring naar:

 

De volgende onderwerpen worden in dit hoofdstuk behandeld:

- Temperatuur en warmte
- Thermische uitzetting
- Soortelijke warmte
- Warmteoverdracht
- Warmtecapaciteit
- Conductiviteit
- Faseovergangen


Transcriptie van de slides

Faseovergangen - Warmte - Fysica - Theorie - Toelatingsexamen arts en tandarts


Aggregatietoestanden

Als we stoffen afkoelen of opwarmen, zal niet alleen de temperatuur veranderen, maar bij bepaalde temperaturen zullen faseovergangen optreden, waarbij van de ene aggregatietoestand naar de andere overgegaan wordt, bijvoorbeeld van ijs naar water, water naar waterdamp,...
desublimeren
sublimeren
vloeibaar
condenseren
verdampen
smelten
stollen

Aggregatietoestanden

Deze overgangsprocessen zullen warmte verbruiken of afgeven, waardoor er in die overgang, bijvoorbeeld als ijs smelt, geen temperatuursverandering zal zijn tot al het ijs gesmolten is.
Dit geeft dan volgende curve:
273,15 K
vloeibaar
vast + vloeibaar
smelten
Smeltpunt van water

Soortelijke smeltwarmte

Tijdens de overgang bij smelten en stollen wordt er gerekend met de soortelijke smeltwarmte:
De warmte bij smelten is opgenomen warmte, de warmte bij stollen is afgegeven warmte.
De soortelijke smeltwarmte van ijs is 3,33.105 J/kg bij standaarddruk.
Dit is dus de warmte die opgenomen wordt per kilogram ijs dat smelt.
Q = Lsmelt . m

Soortelijke verdampingswarmte

Ook voor verdampen en condenseren is er een soortelijke verdampingswarmte:
De warmte bij verdampen is opgenomen warmte, de warmte bij condenseren is afgegeven warmte.
De soortelijke verdampingswarmte van water is 2,26.106 J/kg bij standaarddruk.
Dit is dus de warmte die opgenomen wordt per kilogram water dat verdampt.
Q = Lverdamping . m

Opmerking

Ook voor sublimeren/desublimeren is er een soortelijke sublimatiewarmte gedefinieerd.

Voorbeeld

Gevraagd: bereken hoeveel warmte nodig is om 1,00 kg ijs van -10°C om te zetten in waterdamp van 110°C.
Oplossing: we zullen eerst het ijs moeten verwarmen tot 0°C, het dan laten smelten tot water, dit water opwarmen tot 100°C en laten verdampen tot waterdamp. Uiteindelijk moeten we de waterdamp opwarmen tot 110°C.
We vermelden hier nog dat
cijs = 2200 J/(kg.K)
cwater = 4186 J/(kg.K)
cwaterdamp = 1410 J/(kg.K)
Lsmelt H2O = 3,33.105 J/kg
Lverdamp H2O = 2,26.106 J/kg,

Voorbeeld

Q ijs -10°C -> 0°C = cijs . m . DT = 2,20.103 J/(kg.K) . 1,00 kg . 10 K = 2,20.104 J
Q smelten ijs = Lsmelt . m = 3,33. 105 J/kg . 1,00 kg = 3,33.105 J
Q water 0°C -> 100°C = cwater . m . DT = 4,186.103 J/(kg.K) . 1,00 kg . 100 K = 4,19.105 J
Q verdampen water = Lverdamping . m = 2,26. 106 J/kg . 1,00 kg = 2,26.106 J
Q waterdamp 100°C -> 110°C = cwaterdamp . m . DT = 1,41.103 J/(kg.K) . 1,00 kg . 10 K = 1,41.104 J
Optellen van al deze opgenomen warmten geeft: 3,1. 106 J

Invloed van druk

De smelttemperaturen van stoffen zijn gegeven bij standaarddruk (1,013.105 Pa).
Bij de meeste stoffen daalt de massadichtheid bij overgang van vast naar vloeibaar: ze zetten uit.
Hierdoor zal verhoogde druk bij de meeste stoffen de smelttemperatuur doen stijgen.
Water echter is een uitzondering: hier stijgt de massadichtheid bij overgang van vast naar vloeibaar: het krimpt in.
Hierdoor zal bij verhoogde druk de smelttemperatuur van water dalen.

Smeltlijn

Dit zien we in de smeltlijn: de lijn van p-T combinaties waarop de stof zowel in vloeibare als vast vorm voorkomt:
smeltlijn meeste stoffen
vloeibaar
smeltlijn water
vloeibaar
273,15 K

Kooklijn

Aangezien stoffen bij koken naar gasvorm gaan en ze hierbij uitzetten, zal hogere druk dit tegenwerken.
Het kookpunt zal dus hoger zijn bij hogere druk.
Dit is zo voor alle stoffen.
Dat zien we in de kooklijn:
kooklijn water
vloeibaar
373,15 K

Fasediagram

Zo is er ook een sublimatielijn, waar er vaste stof en gas is.
Dit alles gecombineerd geeft het fasediagram van een stof.
Rood is de sublimatielijn, blauw is de kooklijn en groen de smeltlijn.
Voor water is de smeltlijn in streepjes getekend.
Het tripelpunt is het punt waarop de drie fasen (vast, vloeibaar, gas) samen kunnen voorkomen.

Toelatingsexamen arts en tandarts