Phase Diagrams

00:01 Unser letztes Thema ist das eines Phasendiagramms.

00:05 Und ein Phasendiagramm sieht in etwa so aus.

00:07 Wir würden den Druck eines Materials gegen die Temperatur dieses Materials auftragen.

00:12 Und dann sprechen wir über die Phasen dieses Materials bei verschiedenen Temperaturen.

00:16 Dies wäre zum Beispiel ein sehr einfaches eindimensionales Phasendiagramm, in dem es um einen bestimmten Druck geht.

00:24 Wir wissen also bereits, wie sich flüssiges Wasser bei atmosphärischem Druck verhält.

00:28 Wir wissen, dass es unter null Grad Celsius ein Feststoff ist; zwischen null und 100 Grad Celsius ist es eine Flüssigkeit; und ab 100 und mehr würden wir es als Gas betrachten.

00:37 Aber jetzt werden wir etwas anderes tun. Wir werden uns erlauben, den Druck zu verändern und sehen, was mit dem Gefrierpunkt und dem Siedepunkt von Wasser geschieht, und beobachten, ob sie bei unterschiedlichen Drücken eine andere Temperatur annehmen.

00:50 Und genau das passiert auch. Wir haben uns also erlaubt, den Druck in einen anderen Druck umzuwandeln, vielleicht ein höherer Druck oder ein niedrigerer Druck, wenn Sie zum Beispiel in einer größeren Höhe leben.

01:01 Bei diesen unterschiedlichen Drücken. Der Siedepunkt und der Gefrierpunkt Ihres Wassers werden sich auf eine andere Temperatur einstellen.

01:07 Und die Temperatur, bei der Wasser kocht oder gefriert, hängt in der Tat von dem Druck ab, unter dem man steht.

01:14 In diesem speziellen Diagramm sehen wir also, dass es einen Bereich gibt, in dem Flüssigkeit fest ist, in dem flüssiges Wasser fest ist.

01:20 Und zwar bei niedrigen Temperaturen und höheren Drücken.

01:23 Wir können den Flüssigkeitsbereich sehen, der einen bestimmten Temperatur- und Druckbereich hat in dem es sich ebenfalls befindet, und dann haben wir einen separaten Gasbereich, in dem das Wasser einfach nur dampft.

01:33 Es stellt sich heraus, dass Wasser eine besondere Eigenschaft für dieses Phasendiagramm hat, das die Temperatur und den Druck anzeigt, dass die Grenze zwischen fest und flüssig bei Wasser in Wirklichkeit leicht umgekehrt ist, denn es hat sich herausgestellt, dass festes Wasser oder Eis eine geringere Dichte hat als flüssiges Wasser.

01:50 Wenn Wasser gefriert, nimmt die Dichte des Wassers ab, weil es sich leicht ausdehnt und zu Eis wird.

01:57 Aus diesem Grund haben wir ein etwas anderes Phasendiagramm für Wasser und es hat einige interessante Schlüsseleigenschaften.

02:04 Da diese Linie rückwärts gebogen ist, stellen Sie sich vor, Sie hätten an einem bestimmten Punkt etwas festes Wasser oder Eis.

02:11 Wenn man sich diesen Punkt ansieht und einfach den Druck des Eises erhöht, kann man das Eis in Wasser umwandeln, ohne dass die Temperatur überhaupt verändert werden muss.

02:20 Das macht das Eis so glitschig, wenn man darauf läuft.

02:24 Denn wenn man auf Eis tritt, erhöht man den Druck des Eises, die eine sehr dünne Schicht direkt auf der Eisoberfläche in Wasser umwandeln kann, und das macht es für die Füße sehr rutschig, wenn man über das Eis läuft.

02:35 In diesen Phasendiagrammen können wir auch einen so genannten Tripelpunkt erkennen, das ist genau der Punkt, an dem sich die drei Phasen - fest, flüssig und gasförmig - an einem Punkt befinden.

02:45 Sie befinden sich direkt am Tripelpunkt im Gleichgewicht, genau bei der Temperatur und dem Druck, die für den jeweiligen Stoff gelten.

02:52 Und jeder Stoff hätte seinen eigenen Tripelpunkt, an dem sich diese drei Phasen im Gleichgewicht befinden.

02:57 Zum Schluss noch etwas, das wir wissen sollten, aber nicht im Detail zu erläutern brauchen, wenn wir die Temperatur und den Druck auf sehr hohe Werte erhöhen, können wir in der Tat zu neuen Phasen der Materie kommen.

03:09 Wir könnten dies also als superkritische Flüssigkeit bezeichnen.

03:11 Es ist nicht so wichtig, dass wir irgendwelche besonderen Eigenschaften dieser superkritischen Flüssigkeiten kennen.

03:17 Es werden keine besonders detaillierten Fragen zu diesen Flüssigkeiten gestellt, aber es ist wichtig zu verstehen, dass die festen, flüssigen und gasförmigen Phasen nicht die einzigen Phasen der Materie sind.

03:26 Es kann auch andere, exotischere oder ungewöhnlichere Temperaturen und Drücke geben.

03:31 Damit sind wir am Ende unserer Diskussion über die Phasendiagramme angelangt Und wie die verschiedenen Phasen miteinander interagieren, sowie zum Abschluss unserer Diskussion über die Thermodynamik und dieser gesamten Vorlesungsreihe.

03:42 Ich empfehle Ihnen dringend, viele Übungsaufgaben zu lösen und dabei viele Fragen zu stellen.

03:48 und bereiten Sie sich auf Ihre Prüfungen vor.

03:49 Und zum letzten Mal: Danke fürs Zuhören.