Newidiadau Deunyddiol mewn Cyflwr Tymheredd Critigol Triphlyg Pwynt
Yn y drafodaeth ar y gyfraith nwy delfrydol, esboniwyd mai dim ond pan nad yw pwysau a dwysedd y nwy go iawn yn rhy uchel y mae'r gyfraith nwy delfrydol yn disgrifio ymddygiad nwy go iawn yn gywir. Os yw pwysau a dwysedd y nwy go iawn yn ddigon mawr, mae'r gyfraith nwy delfrydol yn cynhyrchu canlyniadau anghywir. Mae hyn hefyd yn wir pan fydd tymheredd y nwy go iawn yn agosáu at ei bwynt berwi.
Mae hyn mewn gwirionedd yn gysylltiedig â'r rhyngweithiadau sy'n digwydd rhwng moleciwlau nwy go iawn. Mae pwysedd nwy yn gymesur yn wrthdro â chyfaint y nwy. Pan fydd pwysedd nwy yn ddigon uchel, mae cyfaint y nwy yn mynd yn llai. Oherwydd bod cyfaint y nwy yn fach, mae'r pellter rhwng moleciwlau nwy yn mynd yn agosach. Pan fydd y pellter rhwng moleciwlau yn agosach, mae'r moleciwlau'n denu ei gilydd. Mae'n debyg i pan fyddwch chi'n dod â darn o haearn yn agos at fagnet. Os yw'r pellter rhwng y magnet a'r haearn yn ddigon pell, ni all y magnet ddenu'r haearn. Ond os yw'r pellter rhwng y magnet a'r haearn yn agos, mae'r haearn yn cael ei dynnu'n agosach.
Felly mae moleciwlau nwy yn ymddwyn fel magnetau a haearn yn y darlun uchod… Pan fydd y pellter rhwng moleciwlau yn ddigon agos, mae'r moleciwlau'n denu ei gilydd. Mae presenoldeb grymoedd deniadol yn achosi i'r pellter rhwng moleciwlau ddod yn agosach (mae cyfaint y nwy yn mynd yn llai). Fel arfer mae hyn yn digwydd pan fydd pwysedd y nwy yn ddigon mawr (Pwysedd uchel, cyfaint bach. Cyfaint bach, mae'r pellter rhwng moleciwlau'n dod yn agosach). Felly, nid yw'r gyfraith nwy delfrydol yn rhoi canlyniadau cywir pan fydd pwysedd a dwysedd y nwy go iawn yn ddigon mawr.
Diagram Pwysedd yn erbyn Cyfaint
Er mwyn deall y broblem uchod yn well, gadewch i ni adolygu'r diagram sy'n dangos y berthynas rhwng pwysedd a chyfaint nwy. Mae cromliniau 1, 2, 3, a 4 yn dangos ymddygiad yr un nwy ar dymheredd gwahanol. Mae tymheredd y nwy a ddangosir yng nghromlin 1 yn uwch na chromlin 2. Mae tymheredd y nwy a ddangosir yng nghromlin 2 yn uwch na chromlin 3. Mae tymheredd y nwy a ddangosir yng nghromlin 3 yn uwch na chromlin 4. Mae'r gromlin yn llinell oleddf yng nghanol y diagram. Mae tymheredd y nwy bob amser yn aros yn gyson, yr unig newidiadau yw pwysedd (P) a chyfaint (V) y nwy.
Yn ôl y gyfraith nwy delfrydol, rhaid i linell sy'n dechrau ar 1 orffen ar 1. Yn yr un modd, rhaid i linell sy'n dechrau ar 2 orffen ar 2. Nid yw'r realiti a brofir gan nwyon go iawn yn cydymffurfio â rhagfynegiadau'r gyfraith nwy delfrydol. Pan fydd pwysedd y nwy yn ddigon uchel, mae cyfaint y nwy yn mynd yn llai ac yn gwyro oddi wrth ragfynegiadau'r gyfraith nwy delfrydol (cymharwch gromliniau 1 a 2). Mae maint y gwyriad yng nghyfaint y nwy hefyd yn dibynnu ar dymheredd. Os yw tymheredd y nwy yn is ac yn agos at y pwynt toddi, a elwir hefyd yn bwynt berwi (pwynt b), mae'r nwy fel arfer yn profi gwyriad mwy o ran cyfaint o'i gymharu â phan fydd y tymheredd yn uwch (cymharwch gromliniau 1, 2, 3, a 4). Mae hyn yn cael ei ddylanwadu gan y grymoedd deniadol rhwng moleciwlau nwy, fel yr eglurwyd yn flaenorol.
Mae cromlin 3 yn y diagram uchod yn dangos ymddygiad sylwedd ar ei dymheredd critigol. Gelwir pwynt c, y mae cromlin 3 yn mynd drwyddo, yn bwynt critigol. Ar dymheredd uwch na'r tymheredd critigol, ni all nwy newid yn hylif hyd yn oed os cymhwysir pwysau uchel iawn (cymharer â chromliniau 2 ac 1). Dim ond lleihau cyfaint y nwy y mae'r pwysau a gymhwysir ond ni all ei newid yn hylif. I'r gwrthwyneb, ar dymheredd is na'r tymheredd critigol, bydd nwy yn newid yn hylif os cymhwysir pwysau penodol (cymharer â chromlin 3). Gelwir faint o bwysau a all newid nwy yn hylif ar y tymheredd critigol yn bwysau critigol. Mae gan bob sylwedd dymheredd critigol a phwysau critigol gwahanol.
Mae cromlin 4 yn y diagram uchod yn dangos y broses o newid o nwy i hylif. Yr ardal gysgodol (sy'n debyg i fynydd) yw'r ardal lle mae'r cyfnodau nwy a hylif mewn cydbwysedd. I ddechrau, mae cyfaint y nwy yn eithaf mawr. Ar ôl i bwysau'r nwy gynyddu, mae cyfaint y nwy yn mynd yn llai nes iddo gyrraedd pwynt b (pwynt b yw'r pwynt toddi, a elwir hefyd yn bwynt berwi). Pan fydd yn cyrraedd pwynt b, mae'r nwy yn dechrau newid yn hylif. Yn ystod y broses o newid o nwy i hylif (o bwynt b i bwynt a), mae cyfaint y sylwedd yn mynd yn llai er nad oes cynnydd mewn pwysau (a nodir gan y llinell syth). Ym mhwynt a, mae'r holl nwy wedi newid yn hylif. Ar ôl cyrraedd pwynt a, dim ond newid bach iawn mewn cyfaint y mae cynyddu pwysau ar y sylwedd yn ei arwain (a nodir gan siâp serth iawn y gromlin).
Ym mywyd beunyddiol, rydym yn aml yn defnyddio'r termau stêm a nwy. Er enghraifft, anwedd dŵr neu nwy nitrogen. Prin y byddwn byth yn cyfeirio at anwedd dŵr fel nwy dŵr, er bod anwedd dŵr mewn gwirionedd yn ffurf nwyol o ddŵr. Mae'r un peth yn wir am nitrogen, ocsigen, ac ati. Cyfeirir at nitrogen neu ocsigen yn gyffredin fel nwyon. Mae gan nwy ac anwedd ystyron gwahanol. Os yw cyflwr nwyol sylwedd islaw tymheredd critigol y sylwedd, yna rydym yn ei alw'n anwedd. I'r gwrthwyneb, os yw cyflwr nwyol sylwedd uwchlaw tymheredd critigol y sylwedd, yna rydym yn ei alw'n nwy.
Diagram Pwysedd yn erbyn Tymheredd (Diagram Cyfnod)
Yn flaenorol, fe wnaethom esbonio ymddygiad sylweddau gan ddefnyddio diagram Pwysedd yn erbyn Cyfaint. Yn ogystal â defnyddio diagram PV, gellir esbonio ymddygiad sylweddau gan ddefnyddio diagram Pwysedd (P) yn erbyn Tymheredd (T). Cyfeirir at ddiagram PT yn gyffredin fel diagram cyfnod. Fe'i gelwir yn ddiagram cyfnod oherwydd ei fod yn cael ei ddefnyddio i gymharu cyfnodau, neu gyflyrau, sylwedd. Un sylwedd sy'n aml yn newid ei gyflwr yw dŵr.
Mae tair cromlin yn y diagram, sef y gromlin anweddu, y gromlin toddi a'r gromlin dyrnu.
Mae'r gromlin anweddu yn dangos y pwyntiau lle mae'r hylif a'r anwedd mewn cydbwysedd. Gelwir y pwynt lle mae'r hylif a'r anwedd mewn cydbwysedd yn bwynt toddi neu'n bwynt berwi (Fe'i gelwir yn bwynt toddi oherwydd ar y pwynt hwn gall yr anwedd doddi a newid yn ddŵr. Fe'i gelwir yn bwynt berwi oherwydd ar y pwynt hwn gall y dŵr ferwi a newid yn stêm). Felly, mae'r gromlin anweddu mewn gwirionedd yn graff sy'n nodi'r berthynas rhwng pwysau (P) a thymheredd y pwynt berwi/pwynt toddi. Ymddengys mai po leiaf yw'r pwysau, yr isaf yw pwynt berwi dŵr, neu po fwyaf yw'r pwysau, yr uchaf yw pwynt berwi dŵr. Ar bwysedd o 1 atm, mae pwynt berwi dŵr = 100 o C. I'r gwrthwyneb, ar bwysedd o 218 atm, mae pwynt berwi dŵr = 374 o C.
Gelwir pwysedd o 218 atm hefyd yn bwysedd critigol dŵr, tra bod tymheredd o 374 ° C hefyd yn dymheredd critigol dŵr. Os yw tymheredd stêm yn llai na 374 ° C, yna gall y stêm newid yn hylif os rhoddir pwysedd o 374 ° C iddo. Ni all unrhyw faint o bwysau newid y stêm yn hylif os yw'r tymheredd yn fwy na 218 ° C.
Mae'r gromlin doddi yn dangos y pwyntiau lle mae'r cyflyrau hylif a solid mewn cydbwysedd. Gelwir y pwynt lle mae'r cyflyrau hylif a solid mewn cydbwysedd yn bwynt toddi neu'n bwynt rhewi (Fe'i gelwir yn bwynt toddi oherwydd ar y pwynt hwn gall iâ doddi i mewn i ddŵr. Fe'i gelwir yn bwynt rhewi oherwydd ar y pwynt hwn, gall dŵr rewi i mewn i iâ). Felly, mae'r gromlin doddi mewn gwirionedd yn graff sy'n dangos y berthynas rhwng pwysau (P) a'r pwynt toddi neu dymheredd y pwynt rhewi. Ar bwysedd o 1 atm, mae pwynt rhewi dŵr (neu bwynt toddi iâ) = 0 oC. I'r gwrthwyneb, ar bwysedd o 218 atm, mae pwynt rhewi dŵr (neu bwynt toddi iâ) yn llai na 0 oC. Sylwch, ar bwysedd o 1 atm, fod dŵr ar ffurf hylif os yw'r tymheredd rhwng 0 oC a 100 oC. Mae dŵr mewn ffurf solid os yw'r tymheredd yn llai na 0, o dan bwysedd o 1 atm. oMae C neu ddŵr ar ffurf stêm os yw'r tymheredd yn fwy na 100 ar bwysedd o 1 atm. oC.
Mae'r gromlin dyrnu yn dangos y pwyntiau lle mae'r solid a'r anwedd mewn cydbwysedd. Gelwir y pwynt lle mae'r solid a'r anwedd mewn cydbwysedd yn bwynt dyrnu. Felly, mae'r gromlin dyrnu mewn gwirionedd yn graff sy'n dangos y berthynas rhwng pwysau (P) a thymheredd y pwynt dyrnu… Dyrnu yw'r broses o newid y cyflwr solid yn anwedd, heb fynd trwy'r cyflwr hylif… Fel arfer dim ond ar bwysau isel y mae dyrnu'n digwydd. Dim ond os yw'r tymheredd yn llai na 0,01 o C a'r pwysau yn llai na 0,006 atm y gall iâ dyrnu. Gelwir y pwynt lle mae'r tair cromlin yn croestorri yn bwynt triphlyg.
Isod mae diagram cyfnod ar gyfer carbon deuocsid. Sylwch nad yw'r graddfeydd ar y diagram cyfnod dŵr a'r diagram cyfnod carbon deuocsid yn llinol.
