32722

Реальные газы. Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. Уравнение Ван-дер-Ваальса

Доклад

Физика

Реальные газы Как известно уравнение состояния устанавливает функциональную связь между давлением Р объемом V температурой T и числом молей газа в состоянии равновесия. Самым простым и известным уравнением состояния является уравнение состояния идеального газа: 7.1 Реальные газы описываются уравнением состояния идеального газа только приближенно и отклонения от идеального поведения становятся заметными при высоких давлениях и низких температурах особенно когда газ близок к конденсации. Предпринималось много попыток для...

Русский

2013-09-05

44.5 KB

35 чел.

54.Реальные газы. Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. Уравнение Ван-дер-Ваальса.

Реальные газы

Как известно, уравнение состояния устанавливает функциональную связь между давлением Р, объемом V, температурой T и числом молей газа в состоянии равновесия. Эта связь может выражаться не только в форме уравнения, но также графически или в виде таблиц, которые часто используются, особенно для практических целей. Самым простым и известным уравнением состояния является уравнение состояния идеального газа:

 

 

7.1.1

       Реальные газы описываются уравнением состояния идеального газа только приближенно, и отклонения от идеального поведения становятся заметными при высоких давлениях и низких температурах, особенно когда газ близок к конденсации. Так, для газов с низкой температурой сжижения (He, H2, Ne и даже N2, O2, Ar, CO, CH4) при давлениях до 50 атм. отклонения не превышают 5 %, а при давлениях до 10 атм. – 2 %. Легко конденсирующиеся газы (CO2, SO2, Cl2, CH3Cl) уже при 1 атм. обнаруживают отклонения до 3 %.

       Предпринималось много попыток для учета отклонений свойств реальных газов от свойств идеального газа путем введения различных поправок в уравнение состояния идеального газа.

       Первая поправка в уравнении состояния идеального газа рассматривает собственный объем, занимаемый молекулами реального газа. В уравнении Дюпре (1864)

 

,

 

 

постоянная b учитывает собственный мольный объем молекул, – число молей газа.

       При понижении температуры межмолекулярное взаимодействие в реальных газах приводит к конденсации (образование жидкости). Межмолекулярное притяжение эквивалентно существованию в газе некоторого внутреннего давления Р' (иногда его называют статическим давлением). Изначально величина Р' была учтена в общей форме в уравнении Гирна (1865):

 

.

 

 

Наибольшее распространение вследствие простоты и физической наглядности получило уравнение голландский физика Ван-дер-Ваальса. В 1873 г. он дал функциональную интерпретацию внутреннего давления. Согласно модели Ван-дер-Ваальса, силы притяжения между молекулами (силы Ван–дер–Ваальса) обратно пропорциональны шестой степени расстояния между ними, или второй степени объема, занимаемого газом. Считается также, что силы притяжения суммируются с внешним давлением. С учетом этих соображений уравнение состояния идеального газа преобразуется в уравнение Ван-дер-Ваальса:

 

Уравнение состояния газа Ван-дер-Ваальса — уравнение, связывающее основные термодинамические величины в модели газа Ван-дер-Ваальса.

Хотя модель идеального газа хорошо описывает поведение реальных газов при низких давлениях и высоких температурах, в других условиях её соответствие с опытом гораздо хуже. В частности, это проявляется в том, что реальные газы могут быть переведены в жидкое и даже в твёрдое состояние, а идеальные — не могут.

Для более точного описания поведения реальных газов при низких температурах была создана модель газа Ван-дер-Ваальса, вводящая поправку на конечный диаметр молекулы и на притяжение молекул на больших расстояниях, тогда как в идеальных газах частицы считаются точечными и никак не взаимодействуют на расстоянии.

Термическое уравнение состояния

Термическим уравнением состояния (или, часто, просто уравнением состояния) называется связь между давлением, объёмом и температурой.

Для одного моля газа Ван-дер-Ваальса оно имеет вид:

где

p — давление,

V — объём,

T — абсолютная температура,

R — универсальная газовая постоянная.

Видно, что это уравнение фактически является уравнением состояния идеального газа с двумя поправками. Поправка a учитывает притяжение молекул, поправка b — объём занимаемый молекулами.

Для ν молей газа Ван-дер-Ваальса уравнение состояния выглядит так:

Внутренняя энергия (калорическое уравнение состояния)

Внутренняя энергия одного моля газа Ван-дер-Ваальса может быть вычислена так:

где CV — молярная теплоёмкость при постоянном объёме, которая предполагается не зависит от температуры.

Таким образом, внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса есть функция и температуры, и объёма, вследствие чего с ростом последнего (а значит, и расстояния между молекулами), при T = const, внутренняя энергия газа растет.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

59475. Демографічна проблема 39 KB
  Потім відбулося неймовірне: кількість населення Землі почала збільшуватись фантастичними вибухоподібними темпами. Зявились песимістичні прогнози перенаселення планети. населення світу уже складали 4 млрд.
59476. Екологічні проблеми та їхні наслідки 46 KB
  Характеризуючи стан навколишнього середовища вони дають йому такі визначення як €œдеградація глобальної екологічної системи екологічна дестабілізація €œруйнування екологічних систем €œекологічна криза. Виникла екологічна криза в основному під впливом трьох чинників...
59477. Небезпечні хвороби та їхнє поширення в Європі 50.5 KB
  У результаті численних досліджень вчені дійшли висновку що серед чинників від яких залежить здоровя людини котра проживає в цивілізованій країні в умовах миру і за відсутності природних катаклізмів приблизно 2022 припадає на екологічні та соціальні чинники; 2022 на спадковість і генетичні порушення...
59478. Місце України в європейській історії 54.5 KB
  Що спільне і що відмінне в тезах їхніх авторів На які визначальні чинники в історії України вони звертають увагу Джерело За фокусну точку України на дніпровських порогах де степовий шлях перетинався з річковою торговельною магістраллю люто билися всі новоприбульці...
59479. Роль права у світовому та європейському суспільстві 56.5 KB
  Вони є такими собі загальними правилами гри які дають можливість узгодити інтереси всіх членів суспільства зрівняти можливості таких різних людей захистити їх від сваволі більш сильних індивідів чи держави.
59480. Оновлена Європа 51 KB
  Ще більше вражають зміни які відбулись у внутрішньому житті цих країн. Завдання: Назвіть нові країни які зявилися в Європі за цей час. Країни цього регіону звільнились від радянського контролю в них було встановлено демократичні режими.
59481. Cценарій. Свято осені 580.5 KB
  Хлібомсіллю Вас вітаєм і здоровя Вам бажаєм. В народі хліб мов матір поважають. І дорогих гостей завжди стрічають З хлібиною в барвистих рушниках. І тому завжди в пошані Хліб і в нашому селі Запашний пухкий румяний Він лежить на рушничку.
59482. Невтомні сіячі освітянської ниви (День вчителя) 55.5 KB
  Ведуча: Це не тільки професійне свято вчителів. Ведуча: Це він шкільний учитель навчав нас і першої літери і вміння розуміти прекрасне і палко любити Україну. Ведуча: Учитель це птах Що у небо зліта Без кінця На крилах пера Й олівця.
59483. Гумор і сатира у нашому житті 490 KB
  Учитель: Про Гаврила і чорнило. Учитель звертає увагу дітей на записані слова епіграф на дошці. на дошці учитель прикріплює назву дії Лунає дзвінок на урок. Учитель захворів.