Problem P. 5412. (May 2022)

P. 5412. If a gas is cooled (at constant pressure), then at a sufficiently low temperature the gas will usually liquefy (condense). However, this only happens over a certain pressure range. The figure shows the ``phase diagram'' of carbon dioxide. What are the values of the minimum and the maximum pressure at which this condensation can occur as described above? What happens if cooling is carried out at pressures higher or lower than this range?

(3 pont)

Deadline expired on June 15, 2022.

Sorry, the solution is available only in Hungarian. Google translation

Megoldás. Az ábráról leolvashatjuk, hogy a gázt állandó nyomáson hűtve csak akkor cseppfolyósodik (folyadékcseppek képződésével és ezek fokozatos növekedésével), ha a nyomás a hármaspont \(\displaystyle p_{\rm H}\) nyomásánál nagyobb, de a kritikus pont \(\displaystyle p_{\rm C}\) nyomásnál kisebb.

A H hármaspont nyomásánál alacsonyabb nyomáson a lehűtött gáz közvetlenül (a folyadékállapot kihagyásával) szilárd halmazállapotúvá válik (inverz szublimáció, amit gőz depozíciónak, vagy röviden depozíciónak hívnak).

A kritikus pont nyomásánál nagyobb nyomásokon a légnemű anyag – a sűrűségének folyamatos (nem ugrásszerű) növekedése mellett – válik folyadékká. Ilyen körülmények között a gáz állapot (amit szuperkritikus állapotnak is neveznek) és a folyadékállapot ,,összemosódik'', nem különül el egymástól.

Jól látható ez az átmenet olyan ábrán, amelyen a sűrűséget is feltüntetik. A hármaspont és a kritikus pont között húzódó légnemű-folyadék fázishatáron (az ún. tenziógörbe mentén, amit forrási görbének is hívnak) a sűrűségnek ugrása van, a kritikus pontot ,,felülről'' megkerülve azonban az anyag sűrűsége folytonosan változik. A szuperkritikus állapot szaggatott vonalakkal jelölt határa nem igazi fizikai határvonal, nem ,,fázishatár'', hiszen azt átlépve semmi különleges nem történik, hanem csupán az önkényes szóhasználat határaira utal.

Statistics:

9 students sent a solution.
3 points:	Horváth 221 Zsóka, Szabó Márton, Toronyi András.
2 points:	Bogdán Benedek, Kovács Kinga, Veszprémi Rebeka Barbara, Waldhauser Miklós.
1 point:	1 student.
Unfair, not evaluated:	1 solutions.

Problems in Physics of KöMaL, May 2022