Erthygl am Newidiadau cyfnod tymheredd critigol Pwynt triphlyg
Yn y drafodaeth ar y gyfraith nwy delfrydol, esboniwyd mai dim ond pan nad yw pwysau a dwysedd nwy go iawn yn rhy fawr y mae'r gyfraith nwy delfrydol yn disgrifio ymddygiad nwy go iawn yn gywir. Os yw'r pwysau a dwysedd nwy go iawn yn ddigon mawr, mae'r gyfraith nwy delfrydol yn darparu canlyniadau anghywir, yn yr un modd, pan fydd tymheredd nwy go iawn yn agosáu at y pwynt berwi. Mae hyn yn gysylltiedig â'r rhyngweithiadau sy'n digwydd rhwng moleciwlau nwy go iawn. Mae pwysau nwy yn gymesur yn wrthdro â chyfaint y nwy. Pan fydd pwysau'r nwy yn ddigon mawr, mae cyfaint y nwy yn mynd yn llai. Oherwydd bod cyfaint y nwy yn isel, mae'r pellter rhwng y moleciwlau nwy yn dod yn agosach. Pan fydd y pellter rhwng moleciwlau yn dod yn agosach, mae'r moleciwlau'n denu ei gilydd. Mae fel pan fyddwch chi'n rhoi darn o haearn ar fagnet. Os yw'r pellter rhwng y magnet a'r haearn yn ddigon pell, ni all y magnet dynnu haearn. Ond os yw'r pellter rhwng y magnet a'r haearn yn agos, mae haearn yn cael ei dynnu'n agosach.
Felly mae moleciwlau nwy yn ymddwyn fel magnet. Pan fydd y pellter rhwng moleciwlau yn ddigon agos, mae'r moleciwlau'n tynnu at ei gilydd. Mae'r grym tynnu 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 mawr, cyfaint isel. Cyfaint fach, mae'r pellter rhwng moleciwlau'n dod yn agosach). Felly, nid yw'r gyfraith nwy delfrydol yn darparu canlyniadau cywir pan fydd pwysedd a dwysedd y nwy go iawn yn fawr.
Diagram o Bwysedd vs. Cyfaint Pwysedd
Er mwyn deall y broblem uchod yn well, gadewch i ni adolygu'r diagram, sy'n nodi'r berthynas rhwng pwysedd a chyfaint nwy. Mae cromliniau 1, 2, 3 a 4 yn dangos yr un ymddygiad 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. Y gromlin yw'r slaes yng nghanol y diagram. Mae tymheredd y nwy bob amser yn sefydlog, sy'n newid pwysedd (P) a chyfaint (V) y nwy yn unig.
Yn ôl y gyfraith nwy delfrydol, rhaid i'r llinell sy'n dechrau o rif 1 orffen yn rhif 1. Yn yr un modd, rhaid i'r llinell sy'n dechrau o rif 2 stopio yn rhif 2. Nid yw'r realiti a brofir gan nwy go iawn yn cael ei brofi gan ragolygon y gyfraith nwy delfrydol. Pan fydd pwysedd y nwy yn ddigon mawr, mae cyfaint y nwy yn mynd yn llai ac yn gwyro o ragolygon y gyfraith nwy delfrydol (cymharer â chromlin 1 a chromlin 2). Mae faint o wyriad cyfaint nwy hefyd yn dibynnu ar dymheredd. Os yw tymheredd y nwy yn is ac yn agosáu at y pwynt toddi, sef y pwynt berwi (pwynt b), mae'r nwy fel arfer yn profi gwyriad cyfaint mwy arwyddocaol nag y mae pan fydd y tymheredd yn uwch (cymharer cromliniau 1, 2, 3 a 4). Wedi'i ddylanwadu gan bresenoldeb atyniad rhwng y moleciwlau nwy, fel yr eglurwyd yn gynharach.
Mae cromlin 3 yn y diagram uchod yn dangos ymddygiad sylwedd ar ei dymheredd critigol. Gelwir y pwynt c y mae cromlin tri yn mynd heibio iddo yn bwynt critigol. Ar dymheredd uwch na'r tymheredd critigol, ni all ffurf nwy newid i ffurf hylif, er ei fod yn cael pwysau sylweddol (cymharer â chromlin 2 a chromlin 1). Dim ond gwneud cyfaint y nwy yn llai y mae'r pwysau a roddir, ond ni all drosi'r nwy yn hylif. I'r gwrthwyneb, ar dymheredd is na'r tymheredd critigol, bydd y nwy yn newid i hylif os rhoddir pwysau absoliwt (cymharer â chromlin 3). Gelwir y pwysau a all droi'r nwy yn hylif ar dymheredd 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 ardal lle mae nwy a hylif mewn cydbwysedd. Ar y dechrau, mae cyfaint y nwy yn fawr. Ar ôl i bwysedd y nwy gynyddu, mae cyfaint y nwy yn mynd yn llai nes iddo gyrraedd pwynt b (pwynt b yw'r pwynt toddi, sef y pwynt berwi). Pan fydd yn cyrraedd pwynt b, mae'r nwy yn dechrau troi'n hylif. Yn ystod y broses o newid y nwy i hylif (o bwynt b i bwynt a), mae cyfaint y sylwedd yn mynd yn llai er nad oes cynnydd mewn pwysau (wedi'i farcio â llinell syth). Ym mhwynt a, mae pob nwy wedi troi'n hylif. Ar ôl cyrraedd pwynt a, dim ond newid cyfaint lleiaf y mae ychwanegu pwysau at y sylwedd yn ei arwain (wedi'i farcio gan gromlin serth iawn).
Ym mywyd beunyddiol, rydym yn aml yn defnyddio'r termau stêm a nwy. Er enghraifft, anwedd dŵr neu nwy nitrogen. Prin iawn y byddwn yn cyfeirio at anwedd dŵr fel nwy dŵr, er bod anwedd dŵr yn nwy o ddŵr. Yn yr un modd â nitrogen, ocsigen, ac ati. Cyfeirir at nitrogen neu ocsigen yn gyffredin fel nwy. Mae gan nwy a stêm ystyron gwahanol. Os yw'r nwy o sylwedd islaw tymheredd critigol y deunydd, yna rydym yn ei alw'n stêm. I'r gwrthwyneb, os yw'r nwy o sylwedd uwchlaw tymheredd critigol y sylwedd, yna rydym yn ei alw'n nwy.
Diagram o bwysau yn erbyn tymheredd (Diagram Cyfnod)
Disgrifiwyd ymddygiad sylweddau yn flaenorol, gan ddefnyddio diagram o bwysau yn erbyn Cyfaint. Yn ogystal â defnyddio'r diagram PV, gellir esbonio ymddygiad sylweddau gan ddefnyddio'r diagram o bwysau (P) yn erbyn Tymheredd (T). Cyfeirir at ddiagramau PT yn gyffredin fel diagramau cyfnod. Gelwir hwy yn ddiagram cyfnod oherwydd bod y diagram hwn yn cael ei ddefnyddio i gymharu cyfnodau sylwedd. Un o'r sylweddau sy'n aml yn newid cyfnod yw dŵr.
Mae tair cromlin ar y diagram, sef cromliniau anweddu, cromliniau toddi a chromliniau 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 yn ffurfio mewn cydbwysedd yn bwynt toddi, sef y berwbwynt (a elwir yn bwynt toddi oherwydd ar y pwynt hwn gall stêm doddi a throi'n ddŵr. Gelwir yn bwynt berwi oherwydd ar y pwynt hwn gall dŵr ferwi a throi'n stêm). Felly, mae'r gromlin anweddu mewn gwirionedd yn graff sy'n nodi'r berthynas rhwng pwysau (P) a phwynt berwi / tymheredd toddi. Ymddengys po leiaf yw'r pwysau, yr isaf yw tymheredd berwbwynt y dŵr, neu po uchaf yw'r pwysau, yr uchaf yw tymheredd berwbwynt y dŵr. Ar bwysedd o 1 atm, tymheredd berwbwynt y dŵr yw 100 o C. I'r gwrthwyneb, ar bwysedd o 218 atm, tymheredd berwbwynt dŵr = 374 o C.
Gelwir pwysedd o 218 atm hefyd yn bwysedd critigol dŵr, tra bod tymheredd o 374 o C hefyd yn dymheredd critigol dŵr. Os yw tymheredd yr anwedd yn llai na 374 o C, yna gall stêm newid ei chyfnod i hylif os rhoddir pwysedd o 374 o C iddo. Ni all pwysau droi'r stêm yn hylif os yw'r tymheredd yn uwch na 218 o C.
Mae'r gromlin doddi yn dangos y pwyntiau lle mae'r hylif a'r solid mewn cydbwysedd. Gelwir y pwynt lle mae'r hylif a'r solid mewn cydbwysedd yn bwynt toddi neu'n bwynt rhewi (a elwir yn bwynt toddi oherwydd ar y pwynt hwn gall iâ doddi i mewn i ddŵr. Gelwir yn bwynt rhewi oherwydd, ar y pwynt hwn, gall dŵr rewi i mewn i iâ). Felly, mae'r gromlin doddi yn graff sy'n nodi'r berthynas rhwng pwysau (P) a phwynt toddi neu dymheredd rhewi. Ar bwysedd o 1 atm, pwynt rhewi dŵr (neu bwynt toddi iâ) = 0 o C. Mewn cyferbyniad â phwysedd o 218 atm, mae pwynt rhewi dŵr (neu bwynt toddi iâ) yn llai na 0 o C. Sylwch, ar bwysedd o 1 atm, fod dŵr mewn hylif os yw'r tymheredd rhwng 0 oC a 100 o C. Mae dŵr yn y solid os, ar bwysedd o 1 atm, mae'r tymheredd yn llai na 0 o C neu mae dŵr yn y stêm os, ar bwysedd o 1 atm, mae'r tymheredd yn fwy na 100 o C.
Mae'r gromlin sublimiad yn dangos y pwyntiau lle mae solid ac anwedd mewn cydbwysedd 
Gelwir ecwilibriwm yn bwynt dyrnu. Felly, mae'r gromlin dyrnu yn graff sy'n nodi'r berthynas rhwng pwysau (P) a thymheredd y pwynt dyrnu. Dyrnu yw'r broses o newid solid yn stêm, heb basio trwy hylif. Fel arfer, dim ond ar bwysedd isel y mae dyrnu'n digwydd. Dim ond os yw'r tymheredd yn llai na 0.01 y gall iâ dyrnu. oC ac mae'r pwysau'n llai na 0.006 atm. Gelwir y pwynt lle mae'r tair cromlin yn croestorri yn driphlyg.
Isod mae diagram cyfnod ar gyfer carbon deuocsid. Sylwch nad yw'r raddfa ar y diagram cyfnod dŵr a'r diagram cyfnod carbon deuocsid yn llinol.
