Transcript 05_termodinamski_sis..

TERMODINAMSKI SISTEMI
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
TERMODINAMSKI SISTEMI
RAZPOZNAVA GLEDE NA ŠTEVILO SESTAVIN
enosestavinski, unarni
dvosestavinski, binarni
trosestavinski, ternarni
večsestavinski
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
TERMODINAMSKI SISTEMI
RAZPOZNAVA GLEDE NA ŠTEVILO FAZ
enofazni, homogeni
večfazni, nehomogeni
trdna
FAZA: homogen del snovi, ki ima določeno mejo
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
kapljevita
DEFINICIJA FAZE
FAZA JE HOMOGEN DEL SNOVI, KI IMA DOLOČENO MEJO
FAZE TVORIJO
agregatna stanja
različna strukturna stanja
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
AGREGATNA STANJA
MAKROSKOPSKE ZNAČILNOSTI AGREGATNIH STANJ
agregatno stanje
trdnina
kapljevina
plin
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
ohranja obliko
ohranja volumen
da
ne
ne
da
da
ne
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
STRUKTURNA STANJA
MAKROSKOPSKE ZNAČILNOSTI STRUKTURNIH STANJ V TRDNINAH
strukturno stanje
primer značilnosti
trdnina alfa
trdnina beta
prostorsko centrirana kubična mreža
ploskovno centrirana kubična mreža
MAKROSKOPSKE ZNAČILNOSTI STRUKTURNIH STANJ V KAPLJEVINAH
strukturno stanje
primer značilnosti
kapljevina alfa
kapljevina beta
navadna struktura
superfluidna struktura
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
OSNOVNE KRISTALNE STRUKTURE
preprosta
kubična
struktura
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
prostorsko
centrirana
kubična
struktura
ploskovno
centrirana
kubična
struktura
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
OSNOVNE KRISTALNE STRUKTURE
tetragonalna
struktura
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
ortorombna
struktura
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
OSNOVNE KRISTALNE STRUKTURE
heksagonalna
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
monoklinična
rombohedralna
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
POIMENOVANJE FAZNIH PREHODOV
ZAČETNA
KONČNA
ENA SESTAVINA
trdna alfa
trdna
trdna
trdna beta
kapljevita
plinska
kapljevita
kapljevita alfa
kapljevita
trdna
kapljevita beta
plinska
plinska
plinska
plinska alfa
trdna
kapljevita
plinska beta
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
alotropski prehod
taljenje
sublimacija
VEČ SESTAVIN
alotropski prehod
topljenje
sublimacija
zmrzovanje
alotropski prehod
uparjanje
strjevanje
alotropski prehod
uplinjanje
zmrzaljenje
kondenzacija
ne obstaja
depozicija
ukapljevanje
ne obstaja
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
STRUKTURA FAZNIH DIAGRAMOV
ENOSESTAVINSKIH VEČFAZNIH SISTEMOV
Področje stabilnosti katerekoli faze je predstavljeno s ploskvijo.
Področje stabilnosti dveh faz, ki sta v termodinamskem ravnovesju je
predstavljeno s krivuljo, ki jo imenujemo krivulja napetosti.
Področje stabilnosti treh faz, ki sta v termodinamskem ravnovesju je
predstavljeno s točko, ki jo imenujemo trojna točka.
Če se v trojni točki stikajo tri agregatna stanja jo imenujemo poglavitna
trojna točka.
Področje stabilnosti več kot treh faz ne obstaja.
Točko, kjer se krivulja napetosti konča in to ni trojna točka ali točka
omejena s koordinato T = 0K ali P = 0bar imenujemo kritična točka.
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
SPECIFIČNA TALILNA TOPLOTNA
PRI KONSTANTNEM TLAKU
snov
Ltal [kJ / kg ]
živo srebro
kositer
platina
baker
led
amonijak
aluminij
12,0
59,0
113,0
209,0
335,0
339,0
404,0
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
P  1.01325bar
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
SPECIFIČNA UPARJALNA TOPLOTNA
PRI KONSTANTNEM TLAKU
snov
zrak
živo srebro
svinec
amonijak
voda
kositer
aluminij
Lupa [kJ / kg ]
P  1.01325bar
197,0
301,0
921,0
1369,0
2258,0
2595,0
11721,0
za red velikosti večja kot talilna toplota
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
TERMODINAMSKI SISTEMI
RAZPOZNAVA GLEDE NA PROPUSTNOST MEJ SISTEMA
zaprti, nepermeabilni
odprti, permeabilni
Prof.dr. Božidar Šarler
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
2008/2009
B.ŠARLER, ENERGETIKA IN ENERGETSKE
NAPRAVE, 2002/2003
TERMODINAMSKI SISTEMI
RAZPOZNAVA GLEDE NA OBSTOJ KEMIJSKIH REAKCIJ
nereaktivni, inertni
reaktivni
Prof.dr. Božidar Šarler
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
2008/2009
B.ŠARLER, ENERGETIKA IN ENERGETSKE
NAPRAVE, 2002/2003
TERMODINAMSKI SISTEMI
RAZPOZNAVA GLEDE NA OBSTOJ POSEBNIH VPLIVOV
preprosti: termični vpliv, mehanski vpliv, kemični vpliv
zapleteni: vpliv gravitacijskega polja, vpliv električnega polja, vpliv
magnetnega polja, vpliv površinske napetosti
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
FIZIKALNI POJAVI
KONVEKCIJA
Naravna, prisilna, notranja, zunanja
Zaradi gibanja medfaznega roba: sprememba gostote med fazama
Zaradi vzgona: temperaturni gradienti, koncentracijski gradienti
Zaradi lastnosti medfaznega roba: Marangonijeva konvekcija
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
FIZIKALNI POJAVI
KONVEKCIJA ZARADI GIBANJA MEDFAZNEGA ROBA
L
S
S
čisti jod se pri zmrzovanju skrči za 21,6% !
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
L
FIZIKALNI POJAVI
TERMIČNA KONVEKCIJA
skrajšuje čas zmrzovanja
podaljšuje čas taljenja
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
FIZIKALNI POJAVI
GIBANJE TRDNE FAZE
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
FIZIKALNI POJAVI
GIBANJE TRDNE FAZE
Posedanje navzdol
Posedanje navzgor
Gibanje s talino
Posedanje navzdol rS > r1 v
gravitacijskem polju
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
Gibanje s talino, ko
viskozne & inercijske sile
dominirajo nad vzgonskimi silami
Posedanje navzgor rS < r1 v
gravitacijskem polju
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
FAZNI DIAGRAM DVOSESTAVINSKE SNOVI
(PRI KONSTANTNEM TLAKU)
likvidus linija
T
kapljevina
koncentracija kapljevine
trdnina + kapljevina
solidus linija
koncentracija trdnine,
ki je z njo v ravnovesju
trdnina
Ckap
A 100%
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
Ctrd
TERMODINAMIKA
C / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
B 100%
FIZIKALNI POJAVI
IZCEJANJE
Phase diagram !
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
FIZIKALNI POJAVI
KONVEKCIJA ZARADI DVOJNE DIFUZIJE
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
FIZIKALNI POJAVI
MARANGONIJEVA KONVEKCIJA
pomembno pri
konvekcija zaradi krajevno odvisne površinske napetosti varjenju
rasti kristalov
v mikrogravitaciji
Prof.dr. Božidar Šarler
2008/2009
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
FIZIKALNI POJAVI
PONOVNO TOPLJENJE, MEHANSKA INTERAKCIJA
Heterogena nukleacija
Jedra
Fragmente odnaša v talino
in postajajo ponovno jedra
zaradi ponovnega topljenja
Enakoosni
dendritni kristali
ds
Stena kokile
Jedra
l1
l2
Fragmenti
Zlom in ločevanje
od dendritnega
stebra
Prof.dr. Božidar Šarler
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
2008/2009
B.ŠARLER, ENERGETIKA IN ENERGETSKE
NAPRAVE, 2002/2003
FIZIKALNI POJAVI
ZGOŠČEVANJE
Končna enakoosna
struktura
Rast dendritnih
kristalov v enakoosnem
področju
Zadevanje enakoosnih
s stebričastimi
kristali
Rast dendritnih kristalov
v stebričastem področju
Zgoščevalni
pojavi
Prof.dr. Božidar Šarler
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
2008/2009
B.ŠARLER, ENERGETIKA IN ENERGETSKE
NAPRAVE, 2002/2003
Končna stebričasta
struktura
FIZIKALNI POJAVI
MORFOLOGIJA STRJEVANJA BREZ OFINJEVALCA
Prof.dr. Božidar Šarler
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
2008/2009
B.ŠARLER, ENERGETIKA IN ENERGETSKE
NAPRAVE, 2002/2003
FIZIKALNI POJAVI
MORFOLOGIJA STRJEVANJA Z OFINJEVALCEM
Prof.dr. Božidar Šarler
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
2008/2009
B.ŠARLER, ENERGETIKA IN ENERGETSKE
NAPRAVE, 2002/2003
FIZIKALNI POJAVI
VEČ MERIL
1000000.000000000 m
10.000000000 m
0.000000001 m
Prof.dr. Božidar Šarler
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
2008/2009
B.ŠARLER, ENERGETIKA IN ENERGETSKE
NAPRAVE, 2002/2003
Prof.dr. Božidar Šarler
TERMODINAMIKA / THERMODYNAMICS
SISTEMI / SYSTEMS
2008/2009
B.ŠARLER, ENERGETIKA IN ENERGETSKE
NAPRAVE, 2002/2003