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

37 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

82275. Переопределение парадигм и предметно- тематических направлений, появление новых областей исследования 38.77 KB
  В ходе развития науки в последней трети XX в. Ее фундамент составляют ставшие общенаучными принципы развития и системности. Такое понимание процессов развития исходит из синергетики. Вопервых принцип развития эволюции в современной науке получил статус фундаментальной мировоззренческой и методологической константы.
82276. Роль СГН и вненаучного знания в экспертизах социальных проектов и программ 32.11 KB
  Социальногуманитарные науки являются социальнокультурным феноменом изменяются вместе с обществом. Социальногуманитарные науки необходимы для разработки стратегии развития общества для понимания человеком своего места в социальной среде. Социальная политика всегда нуждается в социальной науке так как первая лишь излагает определенные идеалы а вторая мысленно упорядочивает факты и предлагает варианты действий М. Социальногуманитарные науки развиваются в настоящее время по следующим основным направлениям: сближение с...
82277. Изменения дисциплинарной структуры социально-гуманитарного знания в современных условиях. Смена лидирующих дисциплин 35.88 KB
  Вместе с тем региональные и функциональные различия науки обусловленные уровнем экономического технологического развития природными ресурсами вносят определенную спецификацию в совокупный потенциал развития науки. Одним из бесспорных мировоззренческих итогов науки начала XXI в. В основе научного мировоззрения лежит представление о возможности научного постижения сущности многообразных явлений современного мира о том что прогресс развития человечества связан с достижениями науки. Острые споры ведутся вокруг проблемы взаимоотношений...
82278. Возрастание роли гуманитарных знаний в современном обществе. «Сообщество знания». Значение опережающих социальных исследований для решения социальных проблем и предотвращения социальных рисков 31.17 KB
  Значение опережающих социальных исследований для решения социальных проблем и предотвращения социальных рисков. В этом состоит значение основополагающих социальных исследований. Важнейшими функциями социальных наук в современном обществе является критика действительности и ее проблематизация. Изучаются явления лежащие на стыке социальных и экономических сфер жизнедеятельности общества.
82279. Проблема глобализации в социально-гуманитарных науках 32.66 KB
  Учение интенсивно развивается и в рамках биологии исследование механизмов эволюции на молекулярном клеточном организменном уровнях. Для того чтобы описать движущие силы эволюции любого объекта нашего мира был создана синергетика новая междисциплинарная область Н исследований новое направление решения Н проблем. В настоящее время в Н в целом и в синергетике в частности используется принцип нелинейности многовариантности альтернативности путей темпов эволюции необратимости эволюции возможность непредсказуемых изменений. Поновому...
82280. Философия как интегральная форма научных знаний об обществе, культуре и человеке. (Аристотель, Гегель, Гоббс) 36.04 KB
  Ее называли наукоучением метанаукой наукой о науке а в западной традиции эпистемологией учением о знании или философией науки. Философия фундаментальное основание теоретической науки. Философия науки это область лежащая на границе философии и конкретного научного математического естественнонаучного гуманитарного социального технического знания. Как известно существуют различные науки: математика естествознание гуманитарные социальные и технические науки.
82281. Донаучные, ненаучные и вненаучные знания об обществе и культуре. Природа , общество и культура в социальном познании 36.36 KB
  Появление научного знания не отменило и не упразднило не сделало бесполезными другие формы знания. Каждой форме общественного сознания: науке философии мифологии политике религии и т. соответствуют специфические формы знания.
82282. Зарождение и формирование научных дисциплин социально- гуманитарного цикла. Социокультурная обусловленность дисциплинарной структуры научного знания 37.28 KB
  Проблема истории науки не была предметом специального рассмотрения ни философов ни ученых работавших в той или иной области научного знания и только в трудах первых позитивистов появляются попытки анализа генезиса науки и ее истории создается историография науки. Разработка истории науки началась только в XIX в. Признание истории науки как специальной научной дисциплины произошла только в 1892 г. когда во Франции была создана первая кафедра истории науки Одна из главных проблем характерных для истории науки понять объяснить как...
82283. Зависимость научных знаний от социального контекста: классическая, неклассическая и постклассическая наука 38.73 KB
  создавших принципиально новое по сравнению с античностью и средневековьем понимание мира и началась классическая наука ознаменовавшая генезис науки как таковой как целостного триединства т. Тот переворот который совершил в астрономии польский астроном Николай Коперник 1473-1543 имел огромное значение для развития науки и философии и их отделения друг от друга. характеризуется торжеством опытного экспериментального подхода к изучаемым явлениям: открытие кровообращения Гарвеем 1628 установление магнитных свойств Земли Гильбертом...