Thermodynamisch evenwicht

velgrem1989

Tijdes het studeren van thermodynamica kwam ik het volgende tegen:

Als een gas-damp mengsel een temperatuur heeft waarbij de druk van de damp groter is dan de verzadigingsdruk, dan zal er condensatie optreden. Het mengsel bestaat nu uit 2 fasen (gas en vloeibaar) die in thermodynamisch evenwicht met elkaar zijn en hebben dus de zelfde druk en temperatuur.

Dit laatste begrijp ik niet goed. Als de condensatie groot was of er was al vloeistof aanwezig , dan gaat toch enkel de bovenste laag van de vloeistof de zelfde druk hebben als het gas, want volgens de hydrostatische wet wordt de druk groter naarmate je dieper in de vloeistof gaat. De 2 fasen hebben dan toch niet overal dezelfde druk ?

Bijgevolg begon ik me ook af te vragen of thermodynamisch evenwicht wel mogelijk is ? Als dit namelijk ook inwendig evenwicht inhoudt, dan zal dit alleen kunnen met een ideaal gas ? Anders is er altijd een drukgradiënt met de diepte ?

Jan van de Velde

Die hydrostatische druk is niet van belang, behalve dat die je vertelt dat moleculen onder in je vloeistof niet spontaan in de gasfase zullen overgaan. Of er nou een bodempje vloeistof in je vat staat, of een kolom van 10 m hoogte, het enige dat een rol speelt is de druk aan dat fase-overgangsoppervlak, ofwel de druk van de dampfase aan dat fase-overgangsoppervlak. Dié bepaalt of moleculen per saldo naar de dampfase gaan of naar de vloeistoffase.

velgrem1989

Die hydrostatische druk is niet van belang, behalve dat die je vertelt dat moleculen onder in je vloeistof niet spontaan in de gasfase zullen overgaan. Of er nou een bodempje vloeistof in je vat staat, of een kolom van 10 m hoogte, het enige dat een rol speelt is de druk aan dat fase-overgangsoppervlak, ofwel de druk van de dampfase aan dat fase-overgangsoppervlak. Dié bepaalt of moleculen per saldo naar de dampfase gaan of naar de vloeistoffase.

Waarom spreken ze dan van "thermodynamisch evenwicht" Ik begrijp wel waarom voor het evenwicht tussen verdampen en condenseren enkel het overgangsoppervlak van belang is. Maar de manier waarop wij thermodynamische evenwicht hebben gezien is een gelijke druk en temperatuur (onder andere) in elk punt van het systeem, maar zeker als er vloeistof aanwezig is is dit toch niet mogelijk ?

velgrem1989

Nog even een extra vraagje hierover. Wat is nu eigenlijk de drijvende kracht bij het verdampen ? Stel je hebt een plas water met atmosfeerdruk en lucht die nog niet verzadigt is met water ? wat zorgt er dan juist voor dat er verdamping optreedt?

Jan van de Velde

Oók als de lucht erboven verzadigd is met water treedt er verdamping op. Maar er zal dan evenveel water ook weer condenseren. Netto verandert er niks, behalve als je moleculen zou kunnen merken. Stel je voor dat je watermoleculen met een rood etiketje in je vloeistof stopt, en watermoleculen met een blauw etiketje in de gasfase erboven. Ga na verloop van tijd kijken, en je zult bemerken dat in beide fasen beide etiketjes te vinden zijn, in gelijke verhoudingen bovendien. Het is een evenwichtsproces.

De moleculen in de vloeistof hebben een gemiddelde snelheid (en hoe hoger de temperatuur, hoe hoger die gemiddelde snelheid). Maar "gemiddeld" betekent dat er snellere en tragere zijn. Krijgt zo'n snellere nog een extra duwtje van een buurmolecuul in de goeie richting dan kan het zomaar zijn dat hij uit het vloeistofoppervlak losslaat en in de gasfase terechtkomt.

Andersom, in de gasfase vliegen die moleculen (met ook weer een gemiddelde snelheid) alle kanten op, botsen met elkaar, en in dat driedimensionale biljart vliegt er dus regelmatig een molecuul richting het vloeistofoppervlak. Als dat met lagere snelheid gebeurt, en de klap wordt opgevangen door meerdere moleculen, dan blijft dat molecuul in de vloeistoffase. Maar er is ook een kans dat dát molecuul wel in de vloeistof blijft, maar bij zijn botsing een ander molecuul de gasfase incaramboleert.

Dat is dus allemaal een kwestie van kansen. Verhoogde temperatuur betekent een verhoogde gemiddelde snelheid, en dus een verhoogde kans dat een zeker molecuul de gasfase zal ingaan, en een verlaagde kans dat hij bij latere terugkeer in de vloeistoffase blijft én geen anderen bij die botsing de gasfase ingaan. Per saldo gaan er dan dus meer moleculen de gasfase in dan uit. Alleen, die gasfase komt op een gegeven moment zó vol te zitten dat ook het aantal moleculen dat per seconde per ongeluk terug die vloeistoffase terug indondert even hoog wordt als het aantal moleculen dat per seconde de gasfase wordt ingeschopt. Nieuw evenwicht bij hogere temperatuur is ontstaan.

velgrem1989

Dat was zeer duidelijk, bedankt!

Jan van de Velde

Geen dank. Is nu ook duidelijk waarom eigenlijk alleen de druk en temperatuur nabij dat scheidingsoppervlak van belang zijn?

velgrem1989

Ja, het is alleen daar dat er uitwisseling gebeurt.

Ik heb nog een vraag (cursus hygrometrie schept veel onduidelijkheid :eusa_whistle: )

I.v.m de natte-bol-temperatuur, er staat namelijk dat de verandering van de enthalpie van de onverzadigde lucht dh = h_w * dx , met h_w = c_w * t_n (met t_n de natte boltemperatuur en dx het verdampte water) nu begrijp ik niet waarom dit de natte boltemperatuur moet zijn , in het begin dat de verdamping optreedt is de temperatuur van het water toch nog hoger, en bijgevolg de enthalpie groter ?

Jan van de Velde

In het begin wel natuurlijk, maar van zo'n bolletje verdampt maar een heel klein beetje water en dan heb je er al een evenwichtstemperatuur. In een zéér kleine ruimte gaat zoiets je meetwaarden beïnvloeden natuurlijk, maar dat is een algemeen probleem met metingen.

Bijvoorbeeld, als je met een gewone koude thermometer de temperatuur van een vingerhoedje warm water probeert te bepalen gaat de aanvangstemperatuur van je thermometer óók een onacceptabele invloed krijgen op je meting. Maar in een emmer warm water is dat verwaarloosbaar.

velgrem1989

oké, ik begrijp het

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Thermodynamisch evenwicht

Thermodynamisch evenwicht

Re: Thermodynamisch evenwicht

Re: Thermodynamisch evenwicht

Re: Thermodynamisch evenwicht

Re: Thermodynamisch evenwicht

Re: Thermodynamisch evenwicht

Re: Thermodynamisch evenwicht

Re: Thermodynamisch evenwicht

Re: Thermodynamisch evenwicht

Re: Thermodynamisch evenwicht