Was ist der Triple Point?
In einem Phasendiagramm ist ein Tripelpunkt der Ort, an dem eine Substanz gleichzeitig als Feststoff, Flüssigkeit und Gas existiert. Tripelpunkte haben, basierend auf atmosphärischem Druck und Temperatur, sehr spezifische Werte und sind im Gleichgewicht. Obwohl sie nur relativ wenige praktische Anwendungen haben, informieren Dreifachpunkte die Wissenschaftler über das Verhalten eines Stoffes und werden zur präzisen Kalibrierung von Thermometern verwendet.
In der Thermodynamik wird am häufigsten ein Phasendiagramm verwendet, um die Bedingungen für den Übergang eines Stoffes zwischen seinen drei Zuständen zu bezeichnen: fest, flüssig und gasförmig. Diese Diagramme ähneln einem Diagramm, in dem die Temperatur entlang der x-Achse und normalerweise der Druck entlang der y-Achse aufgeführt sind. Bei unären oder einfachen einkomponentigen Stoffen wie Wasser bilden die Linien im Diagramm eine Y-Form. Jede der drei Linien des Y bezeichnet einen Zustand, und wo die drei verbinden, ist der Tripelpunkt.
Eine Substanz kann in einem oder sogar zwei Zuständen in einem Temperaturbereich leicht existieren. Beispielsweise liegt Wasser unter 32 ° F (0 ° C) als Eis, ein Feststoff, vor. Erwärmen Sie das Eis über seinen Gefrierpunkt und es beginnt zu schmelzen, sowohl als Feststoff als auch als Flüssigkeit. Umgekehrt befindet sich Wasser über 0 ° C in flüssigem Zustand. Erhitzen Sie es und Dampf wird freigesetzt, so dass es sowohl als Gas als auch als Flüssigkeit existiert.
Obwohl das Vorhandensein in einem oder zwei Zuständen über einen Temperaturbereich auftreten kann, erfordert das gleichzeitige Vorhandensein in allen drei Zuständen sehr enge Bedingungen und wird daher nur unter bestimmten Umständen gesehen. Zum Beispiel tritt der Tripelpunkt von Wasser bei einer Temperatur von 32.018 ° F (0.01 ° C) und einem Druck von 0.006 Atmosphären (atm) auf. Da Tripelpunkte so eng sind, werden sie normalerweise nur in geschlossenen Systemen gesehen.
Der Tripelpunkt von Wasser hat jedoch tatsächlich eine praktische Anwendung außerhalb eines geschlossenen Systems. Es ist der Tripelpunkt, an dem Eisläufer über das Eis gleiten können. Der Druck des Körpergewichts eines Skaters auf die einzelne Klinge seiner Schlittschuhe erhöht die Temperatur des Eises gerade genug, während er gerade genug Druck ausübt, um den Tripelpunkt des Wassers zu erreichen und es dem Skater zu ermöglichen, sich während des Dampfes über die Oberfläche der Flüssigkeit zu bewegen wird auch veröffentlicht.
Eine weitere praktische Anwendung von Tripelpunkten ist die Kalibrierung von Thermometern. Mit einer Zelle, die Wasser oder flüssigen Stickstoff enthalten kann und deren Temperatur über einen festgelegten Zeitraum konstant bleibt, kann ein Wissenschaftler die genaue Temperatur ermitteln, die für ein genaues Thermometer erforderlich ist. Obwohl es viele Methoden zur Kalibrierung von Thermometern gibt, wird die Kalibrierung mit Tripelpunkten normalerweise als die genaueste angesehen.