32723

Изотермы Ван-дер-Ваальса и их сопоставление с реальными изотермами. Критическая температура. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса

Доклад

Физика

Изотермы ВандерВаальса и их сопоставление с реальными изотермами. Внутренняя энергия газа ВандерВаальса. Изотермы ВандерВаальса Проанализируем изотермы уравнения Ван–дер–Ваальса – зависимости Р от V для реального газа при постоянной температуре. Умножив уравнение ВандерВаальса на V 2 и раскрыв скобки получаем PV 3 – RT bP vV 2 v2V bv3 = 0.

Русский

2013-09-05

81 KB

23 чел.

55.Изотермы Ван-дер-Ваальса и их сопоставление с реальными изотермами. Критическая температура. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса.

Изотермы Ван-дер-Ваальса

       Проанализируем изотермы уравнения Ван–дер–Ваальса – зависимости Р от V для реального газа при постоянной температуре. Умножив уравнение Ван-дер-Ваальса на V 2 и раскрыв скобки, получаем

       PV 3 – (RT + bP) vV 2 + av2V - abv3 = 0. 

       Поскольку данное уравнение имеет третью степень относительно V, а коэффициенты при V действительны, то оно имеет либо один, либо три вещественных корня, т.е. изобара Р = const пересекает кривую Р = Р(V) в одной или трех точках, как это изображено на рисунке 7.4. Причем с повышением температуры мы перейдем от немонотонной зависимости Р = Р(V) к монотонной однозначной функции. Изотерма при Ткр, которая разделяет немонотонные T < Tкр и монотонные T > Ткр изотермы, соответствует изотерме при критической температуре. При температуре выше критической зависимость Р = Р(V) является однозначной монотонной функцией объема. Это означает, что при T > Ткр вещество находится только в одном, газообразном состоянии, как это имело место у идеального газа. При температуре газа ниже критической такая однозначность исчезает, а это означает возможность перехода вещества из газообразного в жидкое и наоборот. На участке АСВ изотермы Т1 давление растет с увеличением объема (dP/dV) > 0. Данное состояние неустойчиво, поскольку здесь должны усиливаться малейшие флуктуации плотности. Поэтому область ВСА не может устойчиво существовать. В областях DLB и AGE давление падает с увеличением объема (dP/dV)Т < 0 – это необходимое, но не достаточное условие устойчивого равновесия. Эксперимент показывает, что система переходит из области устойчивых состояний GE (газ) в область устойчивых состояний LD (жидкость) через двухфазное состояние (газ – жидкость) GL вдоль горизонтальной изотермы GCL.

       При квазистатическом сжатии, начиная с точки G, система распадается на 2 фазы – жидкость и газ, причем плотности жидкости и газа остаются при сжатии неизменными и равными их значениям в точках L и G соответственно. При сжатии количество вещества в газообразной фазе непрерывно уменьшается, а в жидкой фазе – увеличивается, пока не будет достигнута точка L, в которой все вещество перейдет в жидкое состояние.


Рис. 7.4

       Наличие критической точки на изотерме Ван–дер–Ваальса означает, что для каждой жидкости существует такая температура, выше которой вещество может существовать только в газообразном состоянии. К этому заключению пришел и Д.И. Менделеев в 1861 г. Он заметил, что при определенной температуре прекращалось поднятие жидкости в капиллярах, т.е. поверхностное натяжение обращалось в нуль. При той же температуре обращалась в нуль скрытая теплота парообразования. Такую температуру Менделеев назвал температурой абсолютного кипения. Выше этой температуры, согласно Менделееву, газ не может быть сконденсирован в жидкость никаким увеличением давления.

       Критическую точку K мы определили как точку перегиба критической изотермы, в которой касательная к изотерме горизонтальна (рис. 7.5). Ее можно определить также как точку, в которую в пределе переходят горизонтальные участки изотерм при повышении температуры до критической. На этом основан способ определения критических параметров Pk, Vk, Тk, принадлежащий Эндрюсу. Строится система изотерм при различных температурах. Предельная изотерма, у которой горизонтальный участок LG (рис. 7.4) переходит в точку, будет критической изотермой, а указанная точка – критической точкой (рис. 7.5).


Рис. 7.5

       Недостаток способа Эндрюса заключается в его громоздкости.

Критическая температура, 1) температура вещества в его критическом состоянии. Для индивидуальных веществ Критическая температура определяется как температура, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и паром, находящимися в равновесии. При Критическая температура плотности насыщенного пара и жидкости становятся одинаковыми, граница между ними исчезает, и теплота парообразования обращается в нуль. К. т. - одна из неизменяющихся характеристик (констант) вещества. Значения Критическая температура Tk некоторых веществ приведены в ст. Критическая точка.
В двойных системах (например, пропан - изопентан) равновесие жидкость - пар имеет не одну
Критическая температура, а пространственную критическую кривую, крайними точками которой являются Критическая температура чистых компонентов.
2) температура, при которой в
жидких смесях с ограниченно растворимыми компонентами наступает их взаимная неограниченная растворимость; её называют Критическая температура растворимости.
3) температура перехода ряда проводников в сверхпроводящее состояние (см.
Сверхпроводимость). Измерена у большого числа металлов, сплавов и химических соединений. В чистых металлах наинизшая Критическая температура наблюдается у Ti (0,37 К), самая высокая - у Тс (11,2 К). Очень высокое значение Критическая температура найдено у сплава Nb, Al и Ge (Tk»21 К).

Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса

Энергия одного моля газа Ван–дер–Ваальса слагается из внутренней энергии молекул, составляющих газ: кинетической энергии теплового движения центра масс молекул , равной , и потенциальной энергии взаимного притяжения молекул.

Потенциальная энергия притяжения молекул равна работе, необходимой для разведения молекул на бесконечное расстояние друг от друга. В этом конечном состоянии молекулы не взаимодействуют друг с другом, а потенциальную энергию можно считать равной нулю. Дополнительное давление газа Ван-дер-Ваальса за счет взаимного притяжения молекул равно a/Vm2 и, следовательно, потенциальная энергия взаимодействия равна:

.

Знак «минус» указывает на то, что между молекулами действуют силы притяжения; Vm – молярный объем, Vm = V/µ, v = m/m.

       Полная энергия одного моля газа Ван-дер-Ваальса определяется соотношением

.

Если СV не зависит от температуры, то имеем для одного моля

Um = CV Т– a/Vm. 

 Причиной недостаточной точности уравнения Ван–дер–Ваальс считал ассоциацию молекул в газовой фазе, которую не удается описать, учитывая зависимость параметров a и b от объема и температуры, без использования дополнительных постоянных. После 1873 г. сам Ван–дер–Ваальс предложил еще шесть вариантов своего уравнения, последнее из которых относится к 1911 г. и содержит пять эмпирических постоянных. Две модификации уравнения предложил Клаузиус, и обе они связаны с усложнением вида постоянной b. Больцман получил три уравнения этого типа, изменяя выражения для постоянной a. Всего известно более сотни подобных уравнений, отличающихся числом эмпирических постоянных, степенью точности и областью применимости. Выяснилось, что ни одно из уравнений состояния, содержащих менее 5 индивидуальных постоянных, не оказалось достаточно точным для описания реальных газов в широком диапазоне Р, V, T, и все эти уравнения оказались непригодными в области конденсации газов. Из простых уравнений с двумя индивидуальными параметрами неплохие результаты дают уравнения Дитеричи и Бертло.

Принципиальное значение уравнения Ван–дер–Ваальса определяется следующими обстоятельствами:

уравнение было получено из модельных представлений о свойствах реальных газов и жидкостей, а не явилось результатом эмпирического подбора функции f(p,V,T), описывающей свойства реальных газов;

уравнение долго рассматривалось как некоторый общий вид уравнения состояния реальных газов, на основе которого было построено много других уравнений состояния;

с помощью уравнения Ван–дер–Ваальса впервые удалось описать явление перехода газа в жидкость и проанализировать критические явления. В этом отношении уравнение Ван–дер–Ваальса имеет преимущество даже перед более точными уравнениями в вириальной форме.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

43556. Створення приймача амплітудно-модульованих сигналів 4.37 MB
  Вибір та розрахунок вибіркових систем тракту проміжної частоти Склад комплекту: пристрій має самостійне призначення може працювати з підсилювачем звукової частоти;Допоміжне обладнання: блок живлення від мережі змінного струму 220В 50Гц; стандартні з’єднання з підсилювачем звукової частоти. Необхідну вибірність по сусідньому каналу отримують в каскаді перетворювача частоти за допомогою або фільтрів зосередженої селекції або п’єзоелектричних фільтрів а вибірність по дзеркальному каналу забезпечується вхідним колом.
43557. Проектирование базы данных для Excel и Access 107 KB
  Для Excel: подготовить таблицу и заполнить ее данными с использованием стандартной формы по тематике задания не менее 10 строк в таблице; описать и выполнить в режиме вычислений функции информационной технологии необходимые вычисления фильтрацию данных сортировку данных подведение итогов; разработать схемы алгоритмов реализующих функции информационной технологии и составить соответствующие им коды приложений на языке программирования VB. Для ccess: разработать связанные таблицы; создать...
43558. РАСЧЕТ КАМЕРЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ УСТАНОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ПИГМЕНТНОГО ДИОКСИДА ТИТАНА 244.5 KB
  Техническую двуокись титана получают методом высокотемпературного парофазного гидролиза из очищенного тетрахлорида титана. Полученный диоксид титана охлаждается проходя через камеру предварительного охлаждения трубную камеру циклон и осаждается в бункерах этих аппаратов. Из...
43559. Детали машин. Проектирование привода к конвейеру по схем 413 KB
  Выбор эл. двигателя и кинематический расчет. Расчет ременной передачи. Расчет редуктора. Расчет валов. Расчет элементов корпуса редуктора. Расчет шпоночных соединений. Расчет подшипников. Выбор смазки. Спецификация на редуктор.
43560. Расчет динамических и топливо экономических характеристик автомобиля УАЗ-469 716.5 KB
  Исходные данные курсовой работы Расчет динамических и топливо экономических характеристик автомобиля УАЗ469 Номер варианта 02 Марка автомобиля УАЗ469 Колесная формула 4Х4 Тип двигателя : четырехтактный карбюраторный Дорожные условия эксплуатации автомобиля коэффициент сопротивления качения fk = 006; угол подъема α=20 Технические характеристика автомобиля. № п п Наименование параметра Обозначение Единица измерения Значение параметров 1 Полный вес: на переднюю ось на заднюю ось G G1 G2 кН кН кН 2450 1020 1430 2...
43561. ТЕОРИЯ ТЕЛЕТРАФИКА 2.49 MB
  Постановка задачи Задание на курсовую работу Разработка обобщенной функциональной схемы ЦОВ Определение характеристик ЦОВ Разработка алгоритмов обработки вызовов поступающих на ЦОВ Разработка структурной схемы ЦОВ Разработка сценариев взаимодействия ЦОВ с сетями общего пользования 15 8 Список сокращений и обозначений Список литературы Введение Целью настоящей курсовой работы является получение знаний о принципах функционирования современных центров обслуживания...
43562. Программа аудита кадрового документооборота в МОУ «СОШ №1 города Жирновска» 473 KB
  Изучить понятие, содержание и принципы кадрового документооборота; описать структуру кадровой документации; рассмотреть организацию кадрового документооборота в организации; дать характеристику МОУ «СОШ №1 города Жирновска»; проанализировать кадровый состав МОУ «СОШ №1 города Жирновска»;
43563. РАЗРАБОТКА СБЫТОВОЙ СЕТИ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ТОРГОВОГО ПРЕДПРИЯТИЯ 229.23 KB
  Маркетинговое исследование потребителей продукции Рекомендации по организации сбытовой сети товаров народного потребления ЗАКЛЮЧЕНИЕ БИБЛИОГРАФИЯ ПРИЛОЖЕНИЕ Введение Отрасль производства товаров народного потребления является самой огромной по количеству представителей и по объему выпускаемых единиц товара. Целью исследования в данной дипломной работе является разработка рекомендаций по организации сбытовой сети...
43564. Экологическая безопасность при обработке конструкций кондиционеров завода «Кондиционер» 1.2 MB
  Цель и задача работы: проанализировать цех покраски деталей и технологию нанесения гальванических покрытий с точки зрения обеспечения экологической безопасности производства. В задачи проектного исследования входило совершенствование системы обезвреживания и очистки промывных вод гальванического производства и вод завесы окрасочной камеры.