Aggregatzustandsänderung

Wissenschaft Naturwissenschaften allgemein
#1

Hallo miteinander

Wenn der Aggregatzustand geändert wird, z.B. von flüssig zu gasförmig so ist ja in diesem Falle eine Energiezufuhr nötig, um die Moleküle und Atome aus ihrer Anordung zu treiben, den Luftwiderstand zu überwinden usw.

Situation:
Eine Flüssigkeit wird unter Druck gehalten sie kann nicht kondensieren.
Der Druck geht nun plötzlich weg, die Flüssigkeit kann kondensieren dazu benötigt sie jedoch Energie.
Diese Energie entzieht die Flüssigkeit der Umgebung.

Frage:
Wie entzieht die Flüssigkeit der Umgebung Energie?

Vielen Dank für euere Antworten
Andreas

#2

Hallo Andreas,

Situation:
Eine Flüssigkeit wird unter Druck gehalten sie kann nicht
kondensieren.
Der Druck geht nun plötzlich weg, die Flüssigkeit kann
kondensieren dazu benötigt sie jedoch Energie.
Diese Energie entzieht die Flüssigkeit der Umgebung.

Diese Situation ist mehr als untypisch, denn wenn eine Flüssigkeit unter Druck gehalten wird, kondensiert sie gerade.
Wenn sie entspannt wird, wird sie eben nicht kondensieren, sondern verdampfen und drittens wird sie beim Verdampfen Energie ‚verbrauchen‘.
Es sind also alle von Dir genannten Situationen diametral anders als üblich.

Frage:
Wie entzieht die Flüssigkeit der Umgebung Energie?

Dazu FAQ:906

Gandalf

#3

Nochmal Ähm…

Hallo Andreas,

Situation:
Eine Flüssigkeit wird unter Druck gehalten sie kann nicht
kondensieren.
Der Druck geht nun plötzlich weg, die Flüssigkeit kann
kondensieren dazu benötigt sie jedoch Energie.
Diese Energie entzieht die Flüssigkeit der Umgebung.

Diese Situation ist mehr als untypisch, denn wenn eine
Flüssigkeit unter Druck gehalten wird, kondensiert sie gerade.
Wenn sie entspannt wird, wird sie eben nicht kondensieren,
sondern verdampfen und drittens wird sie beim Verdampfen
Energie ‚verbrauchen‘.
Es sind also alle von Dir genannten Situationen diametral
anders als üblich.

Das mag bei vielen Flüssigkeiten der fall
sein, es gibt aber auch welche, die ein
„unnatürliches“ verhalten zeigen.

Ein ziemlich bekanntes Beispiel ist Wasser,
das (zu Eis gefroren) z.B. unter Schlittschuh-
Druck schmilzt, und sofort wieder gefriert, wenn
der Druck nachlässt.

Frage:
Wie entzieht die Flüssigkeit der Umgebung Energie?

Es entzieht Wärmeenergie, d.h. sowohl die Flüssigkeit
als auch die Umgebung wird kälter.

Gruss, Marco

#4

Hi Marco

Ein ziemlich bekanntes Beispiel ist Wasser,
das (zu Eis gefroren) z.B. unter Schlittschuh-
Druck schmilzt, und sofort wieder gefriert, wenn
der Druck nachlässt.

der Frager sprach von Kondensieren und nicht von Schmelzen, das ist nach meinem Verständniss etwas anderes, nämlich der Übergang von flüssig nach gasförmig, ev. auch fest/gasförmig.

Gandalf

#5

Off-Topic
Hallo,

Ein ziemlich bekanntes Beispiel ist Wasser,
das (zu Eis gefroren) z.B. unter Schlittschuh-
Druck schmilzt, und sofort wieder gefriert, wenn
der Druck nachlässt.

Das liest man zwar oft, aber wenn man es mal ausrechnet, sieht man, dass der Druck der Schlittschuhe zu gering ist, um die Schmelztemperatur so weit runter zu drücken, dass das Wasser unter den Kufen flüssig wird.

Gruß
Oliver

#6

Hi,
Du hast „kondensieren“ wohl mit „verdampfen“ verwechselt, dann ergibt Deine Frage einen Sinn.
Die Flüssigkeit verdampft, dazu muß man Wärmeenergie zuführen. D.h. die Flüssigkeit verdampft nicht sofort.

Genau so funktioniert übrigens ein Kühlschrank.

Gruß
Moriarty

#7

hallo andreas

ich nehme jetzt auch mal an, dass du verdampfen, statt kondensieren meinst.

Frage:
Wie entzieht die Flüssigkeit der Umgebung Energie?

die energie bezieht die fluessigkeit aus der temperaturaenderung der umgebung. dh die umgebung wird kaelter. waerme ist ja nichts anderes als die „zitterbewegung“ der einzelnen molekuele. die molekuele geben von ihrer bewegungsenergie etwas ab; die temperatur sinkt.

du hast sicher schon erlebt, dass wenn du deine haare foehnst, deine haut ganz kalt wird. das ist der gleiche effekt. das wasser auf deiner haut verdunstet und verbraucht dazu waermeenergie die in deiner haut gespeichert ist.

liebe gruessli
coco

#8

Wie entzieht die Flüssigkeit der Umgebung Energie?

Gar nicht. Die Umgebung gibt die Energie freiwillig her. Beim Verdampfen kühlt die Flüssigkeit sich ab, bis ihr Dampfdruck gleich dem Umgebungsdruck ist. Das kann man sich am einfachsten so vorstellen, daß die Teilchen mit der höchsten Energie die Flüssigkeit verlassen und so die mittlere kinetische Energie der in der Flüssigkeit verbleibenden Teilchen immer kleiner wird. Durch die Abkühlung ist die Flüssigkeit nun kälter als die Umgebung und da die Wärmeleitung immer gegen das Temperaturgefälle erfolgt, fließt jetzt Wärme aus der Umgebung in die Flüssigkeit, bis diese vollständig verdampft ist.

#9

Hi Gandalf.

der Frager sprach von Kondensieren und nicht von Schmelzen,
das ist nach meinem Verständniss etwas anderes, nämlich der
Übergang von flüssig nach gasförmig, ev. auch fest/gasförmig.

Ich glaube, ihr habt da was mit den Phasenübergängen durcheinandergebracht: Kondensieren meint gasförmig -> flüssig (eine Flüssigkeit kann nicht kondensieren, sie kann verdampfen oder erstarren);
fest -> gasförmig ist sublimieren, umgekehrt wäre übrigens resublimieren.
Alle Klarheiten beseitigt?
Grünblatt

#10

Tach Grünblatt,

Ich glaube, ihr habt da was mit den Phasenübergängen
durcheinandergebracht: Kondensieren meint gasförmig ->
flüssig (eine Flüssigkeit kann nicht kondensieren, sie kann
verdampfen oder erstarren);
fest -> gasförmig ist sublimieren, umgekehrt wäre übrigens
resublimieren.

womit Du natürlich völlig recht hast! Erst Hirn anschalten und dann schreiben; tschuldigung.

Gandalf

#11

Auch Off-Topic
Hallo,

Ein ziemlich bekanntes Beispiel ist Wasser,
das (zu Eis gefroren) z.B. unter Schlittschuh-
Druck schmilzt, und sofort wieder gefriert, wenn
der Druck nachlässt.

Das liest man zwar oft, aber wenn man es mal ausrechnet, sieht
man, dass der Druck der Schlittschuhe zu gering ist, um die
Schmelztemperatur so weit runter zu drücken, dass das Wasser
unter den Kufen flüssig wird.

wie kommt es denn dann, daß hinter dem Schlittschuh eine Kufenspur im Eis zurückbleibt?
Gruß
ein neugieriger Axel

#12

Reibungshitze, ausserdem ist die Kufe ziemlich scharf.

#13

Hallo

Das liest man zwar oft, aber wenn man es mal ausrechnet, sieht
man, dass der Druck der Schlittschuhe zu gering ist, um die
Schmelztemperatur so weit runter zu drücken, dass das Wasser
unter den Kufen flüssig wird.

Inzwischen geht man wohl davon aus, das mehrere Effekte reinspielen…
Der Druck ist übriges recht hoch (einige hundert Bar glaub ich), zusammen mit der Reibungshitze (recht kleiner Einfluß) und dem „Oberflächeverhalten“ des Eises, die oberste Eisschicht lässt sich überraschend einfach verflüssigen.

Gruß, DW.

#14

Oberflächenschmelzen
Hallo,

Der Druck ist übriges recht hoch (einige hundert Bar glaub
ich),

Selbst wenn der Druck 100 Bar beträgt, sinkt der Schmelzpunkt nur um ein lächerliches Grad. Eis, das kälter als -1° ist, wird man damit nicht zum Schmelzen überreden können.

zusammen mit der Reibungshitze (recht kleiner Einfluß)

und dem „Oberflächeverhalten“ des Eises, die oberste
Eisschicht lässt sich überraschend einfach verflüssigen.

Man geht inzwischen davon aus, dass die Oberfläche von Eis aus einer nichtkristallinen, quasi-flüssigen Schicht besteht. Das ist aber alles noch Gegenstand aktiver Forschung.

Hier Link:

http://www.uni-stuttgart.de/uni-kurier/uk86/thema/t4…

Gruß
Oliver

#15

Hallo

Selbst wenn der Druck 100 Bar beträgt, sinkt der Schmelzpunkt
nur um ein lächerliches Grad. Eis, das kälter als -1° ist,
wird man damit nicht zum Schmelzen überreden können.

Man geht inzwischen davon aus, dass die Oberfläche von Eis
aus einer nichtkristallinen, quasi-flüssigen Schicht besteht.

Soweit ich mich erinnere (glaub 1998, Uni Graz? Göttingen? Irgendwas mit „G“ :smile: finde aber die PDF nicht mehr :frowning: ) sind das genau die beiden wichtigen Effekte. Die Oberfläche verhält sich so (bezüglich Aggregatänderung durch Druck), als ob sie nur knapp unter 0° wäre, wodurch der Druck ausreichend zum Schmelzen ist.

Gruß, DW.

#16

Was???
Hi Marco

Selbst wenn der Druck 100 Bar beträgt, sinkt der Schmelzpunkt
nur um ein lächerliches Grad. Eis, das kälter als -1° ist,
wird man damit nicht zum Schmelzen überreden können.

Das Aufschmelzen funktioniert aber nur bei Stoffen deren Schmelzlinie nach links geneigt ist, d.h.
bei Substanzen deren Verflüssigung durch Druckerhöhung grundsätzlich mörglich ist.
Irgendetwas muss es also mit dem Druck zu tun haben.

Was ist ausserdem mit dem Draht an den ein Gewicht gehängt wird und so durch einen Eisblock
wandert? Hier gibt es keine Grenzfläche Eis/Luft an der irgendwelche Moleküle Quasi Flüssig
wären.

Viele Grüsse
Thomas

#17

populäre Irrtürmer
Hallo,

Das Aufschmelzen funktioniert aber nur bei Stoffen deren
Schmelzlinie nach links geneigt ist, d.h.
bei Substanzen deren Verflüssigung durch Druckerhöhung
grundsätzlich mörglich ist.
Irgendetwas muss es also mit dem Druck zu tun haben.

Natürlich kann man Eis durch Druck zum Schmelzen bringen, aber im Falle des Eisläufers müsste da schon ein Elefant unterwegs sein um genug auf die Kufen zu bringen.

Was ist ausserdem mit dem Draht an den ein Gewicht gehängt
wird und so durch einen Eisblock
wandert? Hier gibt es keine Grenzfläche Eis/Luft an der
irgendwelche Moleküle Quasi Flüssig
wären.

Das Eis schmilzt hierbei überwiegend wegen der Wärmeleitung durch den Draht.
Der Versuch die Sache mit dem Druck zu erklären ist nur ein weiteres Beispiel für einen Erklärungsversuch, der einfach, einleuchtend - und allerdings auch total falsch ist.

Davon gibt es viele:

  • Die Demonstration des Lichtdrucks an einer sog. Lichtmühle (ärgerlich nur, dass sich die Mühle gerade falsch rum dreht)

  • Das Fahrrad fällt nicht um, wegen der Drehimpulserhaltung (wer schon mal versucht hat auf einer Eisfläche Fahrrad zu fahren, weiß dass das nicht stimmen kann)

  • Der Gezeitenflutberg auf der Mond abgwandten Seite der Erde entsteht durch die Fliehkraft. (dass der Flutberg auch dann entsteht, wenn Erde und Mond auf einer geraden Linie aufeinander zufallen, muss man dann eben geheim halten)

  • Flugzeuge fliegen wegen des Bernoulli-Effekts (ok, wenn die Flügelform die eines Buckelwals wäre, würde das sogar stimmen)

  • Stülpt man ein Glas über eine brennende Kerze in einer Wasserschale wird das Wasser angesaugt, weil Sauerstoff verbrennt (dass dabei auch C02 entsteht, lassen wir einfach unter den Tisch fallen)

  • Beim Zwillingsparadoxon ist der reisende Zwilling bei der Wiederzusammenkunft jünger, weil er ja so schnell unterwegs war (aus seiner Sicht ist der daheim gebliebene zwar genau so schnell, aber was soll’s?)

  • …

Diese Gerüchte sind hartnäckig und werden von Generation zu Generation weitergegeben. Sie sind ja auch so wunderbar einfach…

Gruß
Oliver

#18

Hi Oliver,

Das Eis schmilzt hierbei überwiegend wegen der Wärmeleitung
durch den Draht.

das ganze klappt aber auch mit einer Nylonschnur!

Gandalf

#19

konkrete Rechnung
Hi Gandalf,

das ganze klappt aber auch mit einer Nylonschnur!

Auch Nylon leitet Wärme, wenn auch geringer als Draht. Die Nylonschnur wandert dann eben nur langsamer durch den Block.

Wie dem auch sei, der Druck kann das Eis gar nicht zum Schmelzen bringen.

Ein Beispiel:
Bei einer Gewichtsmasse von M=10kg, einer Auflagefläche des Drahtes von F=0,1m*0,001m=10^(-4)m² wird der Druck:

p = 9,8*10^5 Pa

Da die Erniedrigung der Schmelztemperatur mit dem Druck p bei T=-8°C durch dT/dp=10^(-7) K/Pa gegeben ist, resultiert eine Schmelztemperaturerniedrigung von

dT=10^(-7)*9,8*10^5 K = ~ 0,1 K

Eis von -8°C kann also gar nicht bei diesem Druck schmelzen.

Ob das Druchschmelzen jetzt ausschließlich durch die Wärmeleitung zu erklären ist oder ob wieder Oberflächeneffekte des Eises eine Rolle spielen, kann ich allerdings auch nicht sagen. Der Druck allein ist es jedenfalls nicht.

Gruß
Oliver

#20

DANKE!!!
Vielen Dank allen Antwortern ihr habt mir weitergeholfen.
Machts Gut
Gruzzzzzzzzzz
Andreas