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4.4 Aggregatszustände, Phasenübergänge

4.4.1 Umwandlungswärme
Flüssigkeiten verdampfen auch unterhalb des Siedepunktes. Ein Beispiel dafür ist, dass z.B. ein Glas Alkohol in der Sonne nach einiger Zeit leer sein wird. Auch der Wasserzyklus in der Natur ist darauf angewiesen, dass speziell Wasser auch unterhalb seines Siedepunktes verdampft. Sonst käme es nicht zur Wolkenbildung und Regen. Der Grund dafür ist, dass die schnellsten Atome oder Moleküle in der Flüssigkeit genug Energie besitzen um diese durch die Oberfläche zu verlassen. Bei diesem Verdampfungsvorgang kühlt diese dann ab (\Rightarrow Verdunstungsk\"alte ). Dieser Effekt wird sehr gerne von Menschen genutzt die in sehr heißen Gebieten leben. Sie fertigen ihre Wasserbehältnisse meist aus Leder. Durch dieses kann das Wasser verdunsten und es bleibt daher kühl. Aber auch das Schwitzen hat denselben Hintergrund. Der Körper scheidet Flüssigkeit auf die Haut ab. Von dort verdunstet sie und reduziert die Körperwärme.
Bei diesem Vorgang stellt sich nach einiger Zeit ein Gleichgewicht ein. Denn durch den Verdampfungsvorgang baut sich oberhalb der Flüssikeitsoberfläche ein Druck auf. Ist dieser Druck ausreichend groß, dann fliegen pro Zeitintervall genauso viele Teilchen aus der Flüssigkeit heraus, wie aus dem Gas wieder in diese eintauchen.
Diesen Gleichgewichtsdruck bezeichnet man auch als den Dampfdruck der Flüssigkeit. Jener steigt exponentiell mit der Temperatur an. Aus dieser Definition leitet sich auch der Siedepunkt ab. Die Flüssigkeit siedet, wenn der Dampfdruck gleich dem äußeren Luftdruck ist.
\Rightarrow Wasser kocht in der Höhe bei niedrigeren Temperaturen. Auf dem Feldberg siedet es also früher als in Freiburg.

4.4.2 Schmelzwärme
Versuch: führe einem Eiswürfel eine konstante Wärmemenge pro Zeit zu. Messe parrallel dazu die Temperatur.
Das Ergebniss sieht qualitativ wie folgt aus:

Phasenübergangsdiagramm

Die am Haltepunkt zugeführte Temperatur bezeichnet man als latente Wärme (latent=verborgen). And diesem Punkt ändert sich die Temperatur nicht. Die zugeführte Wärmemenge Q wird benutzt um die gegenseitige Bindung der Atome oder Moleküle aufzulösen.
Ohne diese Umwandlungswärme würde \Delta Q = m c \Delta T gelten.
Mit der Verdampfungs-/Schmelzwärme erhält man jedoch \Delta Q = m (c \Delta T+c_S). Dazu muss aber c oberhalb und unterhalb des Siede-/Schmelzpunktes gleich sein. c_S bezeichnet hier die spezifische Schmelzwärme. Diese beträgt für Wasser 333kJ/kg.

-- Main.renzPHYSIK.UNI-FREIBURG.DE - 29 Jun 2006