Dieser Audiobeitrag wird von der Universität Erlangen-Nürnberg präsentiert.

Okay, hallo, guten Morgen.

In dem nächsten Kapitel werden wir uns befassen mit Phasenübergängen.

Die hatten wir schon mal kennengelernt in der statistischen Physik und am Beispiel vom Easing-Modell speziell behandelt.

Aber jetzt geht es sozusagen um den größeren Überblick und was die Thermodynamik der Phasenübergänge ist.

Gut, erinnern wir uns noch einmal oder überlegen wir uns mal, was passiert, wenn man einen Container voll Gas hat und dann komprimiert man ihn.

Das soll jetzt alles bei fester Temperatur sein und ich werde diesen Container komprimieren.

Was zunächst passiert, ist einfach nur die Dichte nimmt zu und deswegen nimmt auch der Druck zu.

Das heißt, um das Gleichgewicht zu halten, muss ich immer mit einer größeren Kraft drauf drücken.

Und irgendwann passiert aber Folgendes.

Irgendwann fängt zunächst an, die Wechselwirkungen wichtig zu werden und schließlich kondensiert das System.

Das heißt, es scheidet sich ein bisschen Flüssigkeit ab.

Und wenn wir im Gravitationsfeld sind, wird sich die Flüssigkeit unten im Gefäß abscheiden.

Ansonsten im Weltall, im schwerelosen Raum, gäbe es vielleicht ein paar Tröpfchen, die dann durch diesen Gasbehälter schweben.

Wenn ich jetzt noch weiter zusammendrücke, passiert einfach Folgendes.

Der relative Anteil von Flüssigkeiten nimmt zu.

Bis dann schließlich der Punkt erreicht ist, wo das ganze Gefäß mit Flüssigkeit gefüllt ist.

Und wenn ich dann noch weiter versuche zusammenzudrücken, ist das sehr schwierig, weil die Flüssigkeit überhaupt nicht gut komprimiert werden kann.

Also das ist was passiert insgesamt.

Und jetzt wollen wir dazu malen das Diagramm Druck versus Volumen.

In dem Bild ganz links fangen wir also an bei großem Volumen und der Druck ist noch relativ klein.

Irgendwo hier.

Und wenn dann das Volumen abnimmt, steigt der Druck an.

Zunächst wie beim idealen Gas auf einer Isotherme von der Sorte Druck geht wie eins durch das Volumen.

Dann wird sich die Kurve etwas ändern im Vergleich zum idealen Gas, weil wenn die Dichte zunimmt, wir irgendwann merken, dass Wechselwirkungen da sind.

Aber das besonders interessante passiert ab dem Punkt, wo sich Flüssigkeit abscheidet.

Das hier wäre eins, wenn wir es durchnummerieren wollen, und zwei.

Und dann ist das hier die Station drei, wo sich schon etwas Flüssigkeit abgeschieden hat.

Und was dann passiert ist tatsächlich, der Druck bleibt erst mal konstant bei weiterer Verringerung des Volumens.

Und der Grund dafür ist, ich kann die Verringerung des Volumens immer dadurch berücksichtigen, dass sich mehr Gas in die flüssige Phase abscheidet.

Und das Gas darüber bleibt bei derselben Dichte.

Die Dichte wird nicht weiter erhöht, deswegen wird auch der Druck nicht weiter erhöht.

Alles was passiert ist, dass ein paar zusätzliche Teilchen aus der Gasphase in die flüssige Phase übergehen.

Irgendwann ist es aber nicht mehr möglich, weil alles voller Flüssigkeit ist.

Und ab dem Punkt werde ich dann einen Druck haben, der weiter ansteigt, weil ich ja die Dichte weiter ansteigen habe, wenn ich das Volumen komprimiere.

Aber weil jetzt die Flüssigkeit so schwer komprimierbar ist, wird der Druck sehr schnell in die Höhe schießen.

Okay, also das ist das Bild, was man hat.

Ganz wichtig, der Bereich, wo der Druck sich gar nicht verändert mit dem Volumen, weil die Dichte sich nicht verändert,

weil die Volumenverringerung immer kompensiert werden kann, dadurch das zusätzliche Teilchen in die flüssige Phase übergegeben.

Und diesen Bereich, in dem Flüssig und Gas gleichzeitig vorhanden sind, nennt man Koexistenzbereich.

Okay.

Und um das jetzt klarzumachen, sage ich, der Koexistenzbereich liegt zwischen den Punkten A und B in diesem Diagramm.

B wäre der Punkt, wo das ganze Volumen noch voller Gas ist.

A ist der Punkt, wo auch der letzte Teil, der letzte Rest von Gas verschwunden ist und alles voller Flüssigkeit ist.

Und wie gesagt, die Beobachtung, die wir machen, ist, dass in diesem Koexistenzbereich A und B die Dichten von Flüssigkeit und Gas konstant sind

und die Änderung des Volumens berücksichtigt wird, dadurch, dass das mehr an die Flüssigkeit übergeht.

Die Dichten bezeichne ich hier immer mit kleinen N, was bedeutet, ich denke an eine Teilchendichte, also Teilchen pro Volumen.

Aber was sich halt ändert, ist die Anzahl der Teilchen, die in der flüssigen Phase sind, versus die Anzahl der Teilchen, die in der Gasphase sind.

Die Gesamtzahl der Teilchen ist natürlich immer die Summe dieser beiden Teilchensorten, derer in der flüssigen und derer in der Gasphase.

Und das heißt, wenn wir jetzt diese Dichten einführen, können wir auch folgende Rechnung aufstellen.