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

83148. Диагностика и лечение хронического гастрита 299.34 KB
  При изучении влияния профессиональных факторов на течение хронического гастрита у подростков установлено, что в группе больных с тяжелыми видами труда, ухудшение в состоянии здоровья наблюдается значительно чаще, чем при благоприятных условиях работы.
83149. Конструпрование супергетеродинного радиоприемника 165.69 KB
  Осуществляет первичную частотную селекцию полезного сигнала ослабляет внеполосные сильные помехи обеспечивая линейное усиление последующих каскадов приёмника совместно с УРЧ осуществляет избирательность побочных каналов приёмника. Усилитель радио частоты УРЧ и далее по тексту предназначен для повышения чувствительности приёмника. Входная цепь и УРЧ осуществляет основную избирательность по зеркальному каналу образованным гетеродином их расчет будем производить исходя из заданной избирательности при полосе задерживания . Полосу...
83151. Контроль и учет в компании 85.24 KB
  Планы не всегда выполняются так, как было задумано. Люди не всегда принимают делегированные им права и обязанности. Руководству не всегда удается должным образом мотивировать людей на достижение поставленных целей. Меняются условия окружающей среды, и организация должна соответственно к ним адаптироваться.
83152. Разработка стратегии деятельности ОАО «КЭМЗ» на рынке 211.05 KB
  Целью данной курсовой является развитие процесса исследования среды маркетинга ОАО «КЭМЗ». Задачи курсовой работы: определить сущность и значение исследовательской деятельности маркетинговой среды предприятия; изучить процесс исследования среды маркетинга предприятия...
83153. The English Articles and its development in the History of English language and English Grammar 87.06 KB
  The development of the nаtion is essentiаl for the development of every person belonging to it; becаuse his understаnding аnd percepting the world is formed аccording to the society he grows up in аnd is influenced by the norms аnd vаlues of this society.
83154. Страхование в системе финансов 231.5 KB
  Страхование - это особый вид экономических отношений, призванный обеспечить страховую защиту людей (или организаций) и их интересов от различного рода опасностей. Страхование - одна из древнейших категорий, отражающих особую сферу экономических отношений общества.
83155. Разработка ассортимента современных рыбных блюд 1.09 MB
  Постоянный рост на рынке услуг общественного питания, возникновение и развитие новых концепций и форм обслуживания диктует необходимость гибкого изменения структуры предприятия. Успешная деятельность предприятия питания зависит от того, в какой степени заведению удается привлечь и удержать клиентов.
83156. Эволюция стратегического менеджмента. Основные школы стратегического менеджмента 157 KB
  Актуальность и значение темы доказываются тем, что значение стратегии, позволяющей фирме выживать в конкурентной борьбе в долгосрочной перспективе, резко возросло в последние десятилетия. Ускорение изменений в окружающей среде, появление новых запросов и изменение позиции потребителя...