Physik Thermodynamik – Phasenübergänge
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14 KartenWas definiert einen Phasenübergang erster Ordnung?
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Ein Phasenübergang erster Ordnung zeigt einen Sprung in der ersten Ableitung der Gibbs-Energie (Entropie, Volumen) und besitzt latente Wärme.
Was besagt die Clausius-Clapeyron-Gleichung?
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Sie beschreibt die Steigung der Phasengrenzlinie im p-T-Diagramm: dp/dT = ΔS/ΔV = L/(T·ΔV), wobei L die latente Wärme ist.
Was ist der Tripelpunkt einer reinen Substanz?
Rückseite
Der Tripelpunkt ist der eindeutige Zustand (T, p), an dem drei Phasen (fest, flüssig, gasförmig) im thermodynamischen Gleichgewicht koexistieren.
Was kennzeichnet den kritischen Punkt einer Substanz?
Rückseite
Am kritischen Punkt endet die Flüssig-Dampf-Phasengrenze; Dichteunterschiede verschwinden, latente Wärme wird null, und die Phasen werden nicht mehr unterscheidbar.
Wie verhält sich die latente Schmelzwärme beim Übergang zum kritischen Punkt?
Rückseite
Die latente Schmelzwärme bleibt bis zum Tripelpunkt endlich; nur die latente Verdampfungswärme verschwindet am kritischen Punkt kontinuierlich gegen null.
Was ist der Unterschied zwischen latenter Schmelz- und Verdampfungswärme?
Rückseite
Schmelzwärme (fest↔flüssig) ist typischerweise kleiner als Verdampfungswärme (flüssig↔gas), da beim Verdampfen Volumenarbeit gegen äußeren Druck geleistet wird.
Was beschreibt die Ehrenfest-Klassifikation zweiter Ordnung?
Rückseite
Bei Übergängen zweiter Ordnung sind erste Ableitungen der Gibbs-Energie stetig, zweite Ableitungen (Wärmekapazität, Kompressibilität) zeigen jedoch Sprünge oder Divergenzen.
Wie verläuft die Siedekurve im p-T-Diagramm für die meisten Stoffe?
Rückseite
Die Siedekurve steigt monoton an (dp/dT > 0), da das Volumen beim Verdampfen stark zunimmt (ΔV > 0) und die Entropie zunimmt.
Warum hat Wasser eine negativ geneigte Schmelzkurve im p-T-Diagramm?
Rückseite
Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus (ΔV > 0), daher ist dp/dT = ΔS/ΔV negativ: Erhöhter Druck senkt den Schmelzpunkt (Anomalie des Wassers).
Was ist die Maxwell-Konstruktion im p-V-Diagramm?
Rückseite
Sie ersetzt den instabilen Van-der-Waals-Bereich durch eine horizontale Isobare, sodass die Flächeninhalte oberhalb und unterhalb gleich sind – Phasengleichgewicht bei konstanter Temperatur.
Was bedeutet der Begriff 'Metastabilität' bei Phasenübergängen?
Rückseite
Ein System verweilt in einem thermodynamisch instabilen Zustand (z. B. überhitzte Flüssigkeit), da Keimbildung für den stabilen Zustand fehlt oder Energiebarrieren überwunden werden müssen.
Wie lautet die Clausius-Clapeyron-Gleichung in integrierter Form für Flüssig-Dampf-Gleichgewicht?
Rückseite
ln(p/p₀) = -(L/R)·(1/T - 1/T₀) bei Annahme konstanter latenter Wärme L und idealer Dampfphase (R = Gaskonstante).
Was ist ein Phasendiagramm im T-s-Koordinatensystem?
Rückseite
Im T-s-Diagramm erscheinen Phasenübergänge als horizontale Linien (Isothermen) bei konstanter Temperatur; die Entropiedifferenz entspricht der latenten Wärme geteilt durch Temperatur.
Welche Rolle spielt der chemische Potenzial bei Phasengleichgewicht?
Rückseite
Im Phasengleichgewicht sind die chemischen Potentiale aller koexistierenden Phasen gleich: μ₁(T,p) = μ₂(T,p); dies definiert die Phasengrenzkurve im p-T-Diagramm.