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

32 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

48446. Попит, пропозиція, ринкова ціна у функціонуванні економіки. Конспект уроку з економіки 66.5 KB
  Попит пропозиція ринкова ціна у функціонуванні економіки Завдання уроку: дати означення попит пропозиція визначити принципи функціонування ринку та встановлення ринкової ціни. Ринковий попит і ринкова пропозиція Ринкова рівновага та її порушення. Добрий день Сьогодні у нас нова тема Попит пропозиція ринкова ціна у функціонуванні економіки. Суть ринкових відносин зводиться до відшкодування витрат продавців товаровиробників і...
48447. ФОНЕТИЧНА СИСТЕМА УКРАЇНСЬКОЇ МОВИ. ПРИНЦИПИ УКРАЇНСЬКОЇ ОРФОГРАФІЇ 55.06 KB
  Співвідношення звуків і букв. Ключові поняття: Фонетика фонологія фонема звук класифікація звуків їх зміни в потоці мовлення орфографія орфограма орфоепія орфоепічна норма. Модифікації звуків у потоці мовлення. До них належать: ЗВУК найменший елемент усного мовлення; комплекс артикуляційних рухів і їхній певний акустичний ефект що формує звукову оболонку значущих одиниць мови; СКЛАД частина слова один звук або сполучення звуків що вимовляється одним поштовхом видихуваного повітря; ТАКТ або ФОНЕТИЧНЕ СЛОВО частина мовного...
48448. Філософія і медицина Стародавнього світу 85.83 KB
  Філософія і медицина Стародавнього світу План: Огляд індійських філософських вчень Загальна характеристика китайської філософії Антична філософія: періодизація проблеми особистості Рекомендована література Філософія: Навчальний посібник Л. Практикум з філософії: Методичний посібник для викладачів та студентів ВНЗ. літра по філософії Давньої Греції і Риму Зміст лекції В історії філософської думки існує проблема існування індійської філософії т. актуальним є питання:Чи можна взагалі Для розуміння ролі філософії в індійській...
48449. Загальна характеристика підприємництва 38.3 KB
  за згодою партнерів; ліквідується в разі смерті або виходу з бізнесу одного з партнерів строк дії необмежений якщо корпорація не ліквідується за рішенням відповідних державних органів ...
48451. ЕВОЛЮЦІЯ ТЕРМІНА ПІДПРИЄМЕЦЬ 35.94 KB
  Адам Сміт 1768 Підприємець власник підприємства який простує на економічний ризик із метою реалізації певної комерційної ідеї та отримання прибутку плануючи та організовуючи для цього виробництво. Сей 1803 Підприємець це людина яка вміє поєднувати та комбінувати чинники виробництва. Френсіс Уокер 1876 Підприємець це особа не обов’язково власник що створює підприємство й управляє його діяльністю для отримання доходу.
48452. Теорія ймовірностей 467.82 KB
  Функція розподілу випадкової величини та її властивості. Статистична функція розподілу Лекція 11 Точкові та інтервальні оцінки параметрів розподілу. Довірчі інтервали для параметрів нормального розподілу. Поняття статистичної гіпотези. Функція розподілу випадкової величини та її властивості.
48453. Популяція як елементарна еволюційна одиниця. Елементарний еволюційний матеріал 85.34 KB
  При вивченні еволюційного процесу важливе значення має дослідження генофонду популяції сукупність генотипів усіх особин. Таким чином виникає генетична гетерогенність популяції. Завдяки панміксії вільному схрещуванню складна генетична структура популяції знаходиться в стані динамічної рівноваги. Разом з тим не завжди навіть усередині популяції панміксія буває повною.
48454. Лекція як форма викладення навчального матеріалу 240.5 KB
  Лекція - це логічно викладений, системно послідовний комплекс усних методів навчання (інформаційне повідомлення, пояснення, розповідь, бесіда), спрямований на реалізацію студентами репродуктивної або продуктивної творчої активності.