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

28 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

30946. Антибиотики и их приготовление 441 KB
  Однако при биосинтезе пенициллина лучшим источником серы для продуцента служит тиосульфат натрия. Биосинтезу ряда антибиотических веществ хлорамфеникола стрептомицина пенициллина и др. Подробное описание технологического процесса на примере производства пенициллина приведено в следующей главе. Производство пенициллина Пенициллин был открыт в 1929 г.
30947. Червячные передачи 287 KB
  Обычно червячная передача состоит из червяка 1 и сопряженного с ним червячного колеса 2. Червячная передача также как и винтовая характеризуется относительно высокими скоростями скольжения витков червяка по зубьям червячного колеса. Недостатки червячных передач обусловлены большими скоростями скольжения витков червяка по зубьям червячного колеса а также значительными осевыми силами действующими на валах передачи. Классификация червячных передач: по направлению линии витка червяка – правые при наблюдении с торца червяка и его вращении...
30948. Предмет психодиагностики. Цели задачи область применения психодиагностики 261 KB
  прогнозирование перспектив индивидуального развития и возможных отклонений от его закономерного хода. В зависимости от конкретного случая психодиагност проводит обследование потерпевших подозреваемых или свидетелей и формулирует психологическое заключение о тех или иных качествах личности уровне интеллектуального развития психофизиологических особенностях и т. Формулировка заключений например об уровне психического развития. Для его определения сопостався результаты тестя с уровнем развития измеряемого признака качества личности на...
30949. Лекарственные травы 983 KB
  Листья тройчатые с пильчатым краем. Смягчающие травы: листья алтея листья мальвы донник ромашка семя льна смешивают в равных количествах и растирают в грубый порошок для компрессов. Используемые части: плоды и листья. Аптечное наименование: плоды голубики Uliginosi fractus ранее: Fructus Uliginosi листья голубики Uliginosi folium ранее: Folia Uliginosi.
30950. Социальная педагогическая психология 3.16 MB
  Кроме того, следует помнить, что самим результатом профессионально-педагогической деятельности является развитие личности учащегося, характер которого, в свою очередь, влияет на методы воспитания, иллюстрируя принцип обратной связи в педагогическом процессе. На сегодняшний день можно считать доказанным, что обратная связь, посредством которой педагог анализирует результаты собственного труда, является необходимым условием роста профессионально-педагогического мастерства.
30951. Экология. Живая и неживая природа 30.05 KB
  Геоэкология изучает специфику взаимоотношений организмов и среды их существования в разных географических зонах дает экологическую характеристику разных географических регионов рассматривает последствия добычи полезных ископаемых занимается экологическим картографированием. Экологи́ческие фа́кторы свойства среды обитания оказывающие какоелибо воздействие на организм. Индифферентные элементы среды например инертные газы экологическими факторами не являются. οἶκος жилище местопребывание и σύστημα система биологическая система...
30952. Экономическая теория. Методы экономической науки 215.85 KB
  Общие экономические законы действуют при нескольких смежных стадиях общественного развития эпохах или нескольких способах производства. К таковым относят закон товарного производства спроса стоимости законы денежного обращения. Специфические экономические законы обслуживают только одну стадию общественного развития или только один способ производства например закон первоначального накопления капитала.Потребности как предпосылка производства.
30953. Основи економічної теорії 1.96 MB
  Це сфера суспільного виробництва або сфера економіки. Розв'язання цієї суперечності й зумовило інтерес людства до з'ясування закономірностей які регулюють сферу використання обмежених ресурсів тобто сферу суспільного виробництва. На противагу меркантилістам фізіократи вважали що багатство створюється не за рахунок обміну чи торгівлі а в результаті праці у сфері виробництва.
30954. ЭТОЛОГИЯ – НАУКА О ПОВЕДЕНИИ ЖИВОТНЫХ 87 KB
  Этология наука о поведении животных Таксисы Инстинкт Рефлекс Обучение Запечатление Условный рефлекс Инструментальный условный рефлекс Метод проб и ошибок Подражание Инсайт Мышление 2. Типы высшей нервной деятельности и поведение животных 4. Список литературы ЭТОЛОГИЯ – НАУКА О ПОВЕДЕНИИ ЖИВОТНЫХ Термин этология происходит и греческого слова этос и означает поведение характер. Этология как наука о биологических закономерностях поведения значительное развитие...