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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.76.2003.tde-09042008-090832
Document
Author
Full name
Norberto Helil Pasqua
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2003
Supervisor
Committee
Mokross, Bernhard Joachim (President)
Andreeta, Jose Pedro
Meyer, Erich
Title in Portuguese
Sobre o fenômeno da nucleação
Keywords in Portuguese
Nucleação
Transição de fase
Abstract in Portuguese
Desde a apresentação do primeiro modelo da transição de fase de primeira ordem no início do século XX, acumulou-se muito conhecimento a respeito da cinética deste fenômeno. A Teoria Clássica da Nucleação (TCN) calcula o tamanho do núcleo crítico maximizando a diferença na energia livre de Gibbs entre as fases atual e nova, separadas por uma superfície de tensão bem definida. Técnicas experimentais modernas indicam que a TCN calcula a taxa de nucleação com acurácia razoável somente em estreita faixa de temperatura, indicando deficiências no modelo. Correções na teoria melhorou sua dependência com a temperatura, mas os resultados encontrados são superiores aos medidos experimentalmente em cerca de quatro ordens de grandeza. Diferentes abordagens têm surgido, como a Teoria Adiabática da Nucleação e a Teoria Entrópica da Nucleação (TEW). Ainda que aquela traga em seu escopo teórico parte do modelo clássico, como a tensão superficial, elege a maximização da entropia como a força motriz da transição de fase. O mesmo fez a TEN, porém sem especificar uma superfície de tensão. A primeira aplicação desta teoria foi na condensação do vapor de água. Mediante uma teoria da flutuação, no seu aspecto mais simplificado, foi determinado o tamanho do núcleo critico. Os resultados obtidos são menores do que os experimentais em cerca de três ordens de grandeza, devido a excessiva simplicidade do modelo empregado. Entretanto, verifica-se que a dependência do tamanho do núcleo com a supersaturação assemelha-se aos dados experimentais. Os resultados indicam que a abordagem entrópica é promissora.
Title in English
About the Nucleation Phenomenon
Keywords in English
change of phase
Nucleation
Abstract in English
In Classical Nucleation Theory (CNT) the size of the critical nucleous is obtained by maximizing the difference in bulk Gibbs free energy between the new and the evolving phase separated by a surface having a well defined tension, in relation to the nucleous size. CNT, albeit the introduction of numerous correction terms, did not compare well with experimental data by many orders of magnitude. Other theories have been proposed as the Adiabatic and Entropy Theones, ANT and ENT, respectively. While ANT rests on some CNT assumptions as the existence of a well defined surface separating the new and the old phase, considers the entropy as the driving force of phase transition instead of Gibbs Free Energy. On the other hand, ENT only rests on the assunption of the entropy as the driving force without considering a surface tension. This theory is applied to the study of water vapor condensation, by calculating the size of the critical nucleous with the aid small amplitude fluctuation theory. The results compare well with experimental values, being off by about 3 orders of magnitude but its dependence with supersaturation agrees well with experiment. The results are satisfactory and may be improved by refining the theory.
 
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NobertoPasqua_M.pdf (2.78 Mbytes)
Publishing Date
2008-04-10
 
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