Verfahrenstechnik für Dummies. Burkhard Lohrengel
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Tabelle 2.1 Realgasfaktoren für Luft
Flüssiger Zustand
Auch das Verhalten von Flüssigkeiten können Sie sich anhand des für Gase beschriebenen Teilchenmodells erklären (Abbildung 2.14). Die Teilchen in einer Flüssigkeit nehmen wie in einem Gas keine festen Plätze ein, sie sind gegeneinander beweglich. Die Teilchen liegen hier jedoch dicht aneinander, die Abstände der Teilchen sind allerdings noch etwas größer als in einem Feststoff, die Anziehungskräfte zwischen den Teilchen dagegen kleiner als in einem Feststoff. Eine Erhöhung der Temperatur führt zu einer schnelleren Teilchenbewegung. Obwohl der Abstand der Teilchen bei Erwärmung größer wird, hängen sie weiter aneinander. Die Teilchen können sich frei bewegen und werden nur durch die Behälterwand an einer freien Verteilung gehindert.
Abbildung 2.14 Teilchenmodell einer Flüssigkeit
Da sich die Teilchen trotz teils größerer Abstände gegenseitig beeinflussen, können Flüssigkeiten nur in wenigen Fällen als näherungsweise ideal betrachtet werden.
Volumenausdehnung
Bei Flüssigkeiten ist die Volumenausdehnung bei Temperaturänderung zu berücksichtigen:
(2.19)
Bei einer Temperaturänderung ΔT ändert sich das Volumen vom Anfangszustand V 0 auf den Endzustand
Wasser:
Benzin:
Schwefelsäure:
Methanol:
Olivenöl:
Wasser stellt auch hier eine Besonderheit dar, es dehnt sich im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten nur sehr wenig aus.
Fester Zustand
In Abbildung 2.15 sehen Sie das Teilchenmodell eines Feststoffs. Hier sind die Teilchen nur wenig in Bewegung, sie können nur um eine feste Position, ihren Gitterplatz, schwingen. Ferner rotieren sie um ihre eigene Achse. Zwischen den Teilchen wirken verschiedene Kräfte: Van-der-Waals-Kräfte zwischen Atomen und Molekülen sowie elektrostatische Kräfte zwischen Ionen. Durch die schwache Bewegung und die feste Bindung untereinander sind die Teilchen regelmäßig angeordnet und lassen sich nicht oder nur durch sehr große Kräfte gegeneinander verschieben.
Abbildung 2.15 Teilchenmodell eines Feststoffs
Daraus folgt, dass
die Form des Feststoffs unverändert bleibt,
Feststoffe sich nur schwer zerteilen lassen (um bei der Partnerschaft zu bleiben: Feststoffe können sich nur schwer scheiden lassen, dazu sind große äußere Kräfte erforderlich, dies werden Sie bei der Vorstellung der mechanischen Verfahrenstechnik noch lernen),
Feststoffe spröde sind und sich nur schwer umformen lassen.
Je höher die Temperatur ist, desto stärker schwingen und rotieren die Teilchen, sie bleiben aber weiterhin in engem Abstand zueinander.
Längenausdehnung
Bei Feststoffen ist die Längenausdehnung zu berücksichtigen. Sie kennen dieses Problem bei Bahnschienen und Brücken, bei denen die Längenausdehnung zwischen Sommer (warm) und Winter (kalt) kompensiert werden muss. Ähnlich der Volumenausdehnung bei Flüssigkeiten ist die Längenausdehnung
(2.20)
Marmor:
Stahl:
Beton:
Aluminium: .
Auf die Form kommt es an
Problematisch bei der Beschreibung von Feststoffpartikeln sind deren unterschiedliche Formen. Abbildung 2.16 zeigt beispielhaft einige Partikelformen.
Abbildung 2.16 Partikelformen
Wie wollen Sie diese unterschiedlichen Formen beschreiben? Um dieses Problem zu lösen, werden Partikel immer als Kugeln