Wärme- und Stoffaustausch zwischen Dampf und Flüssigkeit bei einheitlichen Stoffen

Zusammenfassung

Die Verdampfung einer reinen Flüssigkeit durch Wärmezufuhr äußert sich in der Volumenzunahme des Stoffes unter gleichzeitiger Bildung einer zweiten Phase. Hierbei ändern sich bei gleichem Druck und gleicher Temperatur nicht nur die kennzeichnenden Eigenschaften wie Dichte und Zähigkeit allein, sondern auch die Entropie erfährt eine sprunghafte Änderung um einen endlichen Betrag Δs = r:T (r = Verdampfungswäme). Gerade durch diese Unstetigkeit ist die Bildung zweier Phasen, die sich in ihrer Grenzfläche berühren, bedingt. Für den Gleichgewichtszustand ist nach dem Gibbsschen Phasengesetz Gleichung (96) m = n + 2 − r bei einem einheitlichen Stoff (n = 1) und bei zwei Phasen (r = 2) die Anzahl der Freiheitsgerade m = 1. Das System ist monovariant, d. h. durch den Druck p ist zugleich die Temperatur T bestimmt, und die Abhängigkeit beider voneinander ist durch die Sättigungskurve des Dampfes festgelegt. Wenn Flüssigkeit und Dampf im Gleichgewicht miteinander stehen, so lösen sich nach der Auffassung der kinetischen Theorie der Flüssigkeit in der Zeiteinheit ebensoviele Flüssigkeitsmoleküle von der Flüssigkeit los als Dampfmoleküle aus dem Dampfräum zur Flüssigkeit Stoßen. Ein Überschuß der in den Dampfraum gelangenden über die zur Flüssigkeit kommenden bedeutet eine Verdampfung, umgekehrt bedeutet ein Überschuß der von dem Dampfraum kommenden über die von der Flüssigkeit kommenden Moleküle eine Kondensation.

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