Tripelpunkt

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Dieser Artikel befasst sich mit dem Tripelpunkt in der Thermodynamik. Zum Tripelpunkt in der Geologie (Tektonik) siehe Triple Junction. Zum Tripelpunkt in der Geographie (Wasserscheiden) siehe Hauptwasserscheidepunkt.
Phasendiagramm eines „gewöhnlichen“ Stoffes und des Wassers, jeweils mit Darstellung des Tripelpunktes und des Kritischen Punkts.

In der Thermodynamik ist der Tripelpunkt (auch Dreiphasenpunkt) der Zustand, beschrieben durch Druck und Temperatur, an dem drei Aggregatzustände eines Stoffes im thermodynamischen Gleichgewicht sind.

Der Tripelpunkt ist im Phasendiagramm der Schnittpunkt der beiden Phasengrenzlinien Sättigungsdampfdruck und Schmelzkurve.

Beispiel: Tripelpunkt des Wassers[Bearbeiten]

Am Tripelpunkt kommen Wasserdampf, flüssiges Wasser und Eis gleichzeitig vor, und die Mengenverhältnisse der drei Phasen ändern sich nicht. Ständig verdampfen etwas Eis (Sublimation) und Wasser (Verdunstung) zu Wasserdampf, ebenso schmilzt etwas Eis zu Wasser. Gleichzeitig finden die drei gegenläufigen Prozesse im selben Umfang statt: Wasser gefriert, Wasserdampf kondensiert zu Wasser und friert direkt als Eis aus.

Wird dem System Wärme entzogen oder nimmt der Druck zu, wächst der Anteil des Eises zu Lasten von Wasser und Wasserdampf. Wird dem System Wärme zugeführt oder nimmt der Druck ab, schwindet der Anteil des Eises zugunsten von Wasser und Wasserdampf.

Der Tripelpunkt des Wassers liegt nach dem international akzeptierten Bestwert von Guildner, Johnson und Jones aus dem Jahre 1976 bei einem Druck von 611,657 (± 0,010) Pa (ca. 6 mbar) und einer Temperatur von – durch Festlegung der Temperaturskala selbst – exakt 273,16 K (0,01 °C).[1]

Besonderheit Gibbssche Phasenregel[Bearbeiten]

Der Tripelpunkt beschreibt auch gleichzeitig eine Besonderheit der Gibbsschen Phasenregel:

f = N - P + 2

Der Freiheitsgrad f des Systems (eines Einkomponentensystems: N = 1 mit drei Phasen: P = 3) ist in Tripelpunkten nach der Phasenregel immer f = 0: Verändert man eine intensive Zustandsgröße, wird sofort das Gleichgewicht der Phasen verlassen. Dies ist auch der Grund dafür, dass es in einem einkomponentigen System keine 4 Phasengrenzlinien geben kann, die sich in einem Punkt treffen (hier wäre f = −1).

Skalenfixpunkte[Bearbeiten]

Die Eindeutigkeit des Tripelpunktes liefert besonders gute Temperatur-Fixpunkte für Skalen von Thermometern: eine wichtige Anwendung bei der Kalibrierung von Temperaturmessgeräten. Gängige Tripelpunkts-Temperaturangaben, z.B. nach Internationale Temperaturskala von 1990, sind zum Beispiel:

  • Quecksilber: 234,31560 K (−38,83440 °C = −37,90192 °F = 421,76808 °Ra) bei 1,65·10–4 Pa
  • Wasser: 273,16000 K (0,01000 °C = 32,018 °F = 491,688 °Ra) bei 611,657 ± 0,010 Pa

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Definition der Temperatureinheit Kelvin (K): Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatSI Brochure 8th ed. Bureau International des Poids et Mesures, abgerufen am 2. Juni 2013.