12 Faasidiagrammi

FY03 Energia ja lämpö

Pohdi kaverin kanssa

Miksi perunoita pitää keitellä vuoristossa paljon pidempään kuin merenpinnan tasolla?
Miksi paineilmapullo tuntuu kylmältä, kun siitä päästää ilmaa?
Miksi kylmän virvoitusjuomapullon pinta kostuu, kun se viedään helteiselle terassipöydälle?
Miksi kevättalvella lumen sulaessa on usein sumuista?
Miksi talvella lämpötilan kohotessa lähelle 0 °C:ta maanteiden pinnat tulevat liukkaiksi?

Aineen sulamis- ja höyrystymislämpötila riippuu paineesta
Olomuodon riippuvuutta sekä lämpötilasta että paineesta voidaan kuvata faasikaaviolla
- Olomuodot omina alueinaan
- Käyrillä olomuoto muuttuu

Kuva: Vipu 3 (Otava)

Veden faasikaavio

Hiilidioksidin faasikaavio

Paine yksikössä atm eli ilmakehän paine

HUOM! Logaritminen asteikko

Jää

Vesi

Vesihöyry

"CO2-jää"

Kuvat: Resonanssi 3 (e-Oppi)

Nesteen ja kaasun välinen raja päättyy kriittiseen pisteeseen
- Tätä korkeammassa lämpötilassa kaasu ei nesteydy painetta kasvattamalla
- Kriittistä pistettä alemmassa lämpötilassa kaasua kutsutaan höyryksi

Kiinteän, nesteen ja kaasun faasirajat kohtaavat kolmoispisteessä
- Kolmoispisteen lämpötilassa ja paineessa aine voi esiintyä jokaisessa olomuodossa yhtä aikaa
- Veden kolmoispiste on 273,16 K (0,01 °C) ja 0,006 atm (~ 600 Pa)

Kuva: Resonanssi 3 (e-Oppi)

Nesteen höyrystyminen ja sekoittuminen ympäröivään ilmaan on haihtumista
- Sitä tapahtuu koko ajan nesteen pinnalta (nopeat vesimolekyylit)
Kiehuminen tarkoittaa tilannetta, jossa neste on kiehumispisteen lämpötilassa
- Neste muuttuu kaasuksi
- Höyrystymistä tapahtuu kaikkialla nesteen sisällä

Kuva: Resonanssi 3 (e-Oppi)

Kuva: Vipu 3 (Otava)

Höyry on kylläistä, kun haihtuminen ja tiivistyminen ovat tasapainossa
- Ylimääräinen höyry tiivistyy takaisin nesteeksi
Suurin paine, jossa höyry on kylläistä, kutsutaan kylläisen höyryn paineeksi
- Riippuu lämpötilasta

Kuva: Vipu 3 (Otava)

Ilma sisältää tavanomaisissa oloissa aina vesihöyryä
- Koko ilmakehässä n. 0–4 % kaikista kaasuista (vaihtelee alueittain)
Lämpimään ilmaan mahtuu enemmän vesihöyryä kuin kylmään ilmaan (suurempi vesihöyryn osapaine)
- Lämpötilan laskiessa kylläinen höyry tiivistyy nesteeksi

RH = \frac{\rho_{\text {ilma}}}{\rho_{\text {max}}} \cdot 100 \ \%

Kuva: Resonanssi 3 (e-Oppi)

Ilman absoluuttinen kosteus lämpötilan funktiona

\rho_{\text {ilma}} = \text{ilmassa olevan vesihöyryn tiheys}

\rho_{\text {max}} = \text{kylläisen vesihöyryn tiheys}

Suhteellinen kosteus kertoo, kuinka paljon (%) ilmassa on vesihöyryä enimmäismäärään verrattuna

Pyykin kuivuminen laskee huoneilman lämpötilaa ja nostaa suhteellista kosteutta.

Kun ilma jälleen lämpenee, kosteusprosentti laskee.

Lämpötilaa, jossa höyry on kylläistä (RH = 100 %), kutsutaan kastepisteeksi
Jos kylläisen höyryn lämpötila laskee kastepisteen alapuolelle, osa höyrystä tiivistyy nesteeksi (esim. pilvet, sumu, kaste)
- Tiivistyminen tai härmistyminen vaatii ilmassa tiivistymisytimen tai kiinteän pinnan
- Ilman tiivistymisytimiä ilmakehässä voi olla nestemäistä vettä, vaikka lämpötila olisikin jopa –30 °C (alijäähtynyt vesi)
- Jos kastepistelämpötila on pakkasella, syntyy kuuraa tai huurretta