ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ. КОНДЕНСИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ 4.1 Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Критическая точка.

Работа добавлена: 2018-07-04






ГЛАВА 4 ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ. КОНДЕНСИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ

4.1 Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Критическая точка.

Модель идеального газа, используемая в МКТ позволяет описывать поведение разреженных реальных газов при достаточно высоких температурах и низких давлениях. Иначе говоря справедливо соотношение :

 –  коэффициент сжимаемости

Реальные газы менее сжимаемы, следовательно :

Для реальных газов учитывают силы межмолекулярного взаимодействия, которые возникают на расстояниях

При  силы взаимодействия быстро уменьшаются и они получили название «короткодействующих сил».

Приr =roравнодействующаяF = 0 т.е.Fпр иFот уравновешивают друг друга.

Элементарная работа при увеличении расстояния наdrdA=Fdr, совершаемая за счет уменьшения взаимной потенциальной энергии между молекулами газа.

При r = ro dA=0П=min

rП=0

r < ro dA>0  dП<0

r > rodA<0  dП>0

Критерием различия агрегатных состояний вещества является соотношение величины потенциальной энергии взаимодействия  молекул и энергии теплового движения молекул.

Если Пmin<<KT ,то состояние газообразное

Пmin>>KT, то состояние твердое

(молекулы совершают колебания около положения равновесия, определяемогоr0)

ПminKT , то жидкое состояние

Учет собственного объема молекул и сил межмолекулярного взаимодействия позволило Ван-дер-Ваальсу внести поправки в уравнения Менделеевa-Клапейрона

1.Учет собственного объема .

Фактически свободный объем, в котором могут двигаться молекулы реального газаVm-b, гдеb - объем, занимающий самими молекуламиb= 4VoN (Vo - объем одной молекулы,N - число молекул )

2.Учет притяжения молекул .

Действие сил притяжения приводит к появлению давления, называемого внутренним давлением

   ,a - постоянная Ван-дер-Ваальса;Vm - молярный объем.

Тогда для одного моля газа уравнение Ван-дер-Ваальса имеет вид

Полученная зависимость p отV при заданном Т называется изотермами Ван-дер-Ваальса и при Т=Ткрит на изотерме имеется только одна точка перегиба.

Изотерма называется критической, а соответствующая температура- критической температурой.

4.2 Изотермы Ван-дер-Ваальса. Метастабильные состояния.

(Pкр,Vкр,Tкр) - соответствующие критической точке и описывают критические состояния.

ДляT<Tкр.

На участках 1-3 и 5-7 при уменьшении объема увеличивается давление;

На участке 3-5 при уменьшении объема уменьшается давление, что в природе не существует, следовательно в некоторый момент должно наступить скачкообразное изменение состояния вещества. Истинная изотерма состоит из кривой 7-6-4-2-1, причем участок 7-6 соответствует газообразному состоянию; 2-1  - жидкому; 2-6 - равновесию жидкой и газообразной фаз.

Определение:

Вещество в газообразном состоянии при температуре ниже Ткр называется паром, а пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью называется насыщенным паром.

Подтверждение выводов Ван-дер-Ваальса было сделано ирландским ученым Эндрюсом, исследовавшим изотермы сжатого углекислого газа.

Отличие опытов Эндрюса и теории Ван-дер-Ваальса заключается в том, что в 1-м случае превращение газа в жидкость соответствует горизонтальным участкам, а во 2-м волнообразным.

Перепишем уравнение Ван-дер-Ваальса в виде полинома 3-й степени:

   Если решить полученные уравнения в случае СО2, то окажется, чтоVкр=3b;

;

Из теории Эндрюса следует, что изотермы Эндрюса содержат прямолинейные участки, соответствующие 2-х фазным состояниям. Состояния соответствующие 5-6 и 2-3 называются метастабильными состояниями, причем участку 2-3 - соответствует перегретая жидкость; 5-6 - пересыщенный пар.

4.3  Эффект Джоуля - Томсона. Инверсионная кривая.

В теплоизолированной трубке с пористой перегородкой находится 2 поршня, которые могут перемещаться по трубке без трения .

ПервоначальноP1V1T1

После прохождения через перегородкуP2V2T2

Т.к. расширение происходит без теплообмена с окружающей средой, т.е. адиабатный процесс :

  (*)

Внешняя работа, совершаемая газом состоит из положительной работы

A2=P2V2>0 и отрицательнойA1=P1V1<0

Тогда (*), с учетом  запишется в виде  .

Определение : ВеличинаU+PV в опыте Джоуля - Томсона сохраняется или остается неизменной и называется энтальпия.




Возможно эти работы будут Вам интересны.

1. Реальный газ. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Р. Г. Внутренняя энергия реальных газов

2. При вращении прямойL, пересекающейся с осью вращения ,образуется прямой круговой конус. Точка пересечения вращающейся прямой с осью вращения остается неподвижной ,ее называют вершиной конуса.Как и ранее ,уравнение будем выводить в прямоугольной

3. Превращения Грегор Замза сын небогатых пражских обывателей людей с чисто материалистическими потребнос

4. А к низшей Д. А взрывопожароопасная - Горючие газы легковоспламеняющиеся жидкости с темпер

5. . В них выхлопные газы ГТУ направляются в КУ где значительная часть энергии в виде теплового потока передает.

6. Явления процессы возникающие в газах при отклонении их от равновесия называются явлениями переноса.

7. . Пусть ф-ия комплексной переменной определенная в области и - предельная точка области .

8. 1Центр масс-воображаемая точка положение которой характеризует распределения масс этой системы .

9. Экология. - наука, изучающая закономерности взаимодействия живого с внешними условиями его обитания с целью поддежания динам равновесия системы общество-природа

10. Расчет равновесия в системе Н20-CaSO4 (вода и гипс). Система CaSO4 H2O – H2O, открыта к гипсу