КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Идеален и реален газ




Лекция 1.15

Уравнението на състоянието на идеален газ.

Идеалът се нарича газът, взаимодействието между молекулите е незначителен. Real газ при достатъчно вакуум е подобна по своите свойства до идеала. Идеално газ е един от двата идеални системи,

за които може да бъде, за да донесе на уравнение на състоянието. За всички останали системи, уравнението на състояние е получен емпирично.

Да разгледаме идеален газ, съдържащ се в съда. Молекулите на газа непрекъснато се сблъскват със стените, като ги кара да упражни натиск. Помислете за взаимодействието на молекулите с една стена (ris.1.15.1).

Ris.1.15.1.

Поради случайността на молекулите на газово налягане на различни части на същите стените на кръвоносните съдове. Натискът върху стените на газ се определя

р = (общо съдържание на взаимодействието на молекули със стената) / (площ на стената)

Молекулите се сблъскват със стената еластично, т.е. отскача огледалото на стената (честота и размисъл ъгли са равни). В резултат на взаимодействие с молекула на маса М движи със скорост Стената намира перпендикулярно на оста х, набира скорост , От всички посоки за движение по равно, в момент DT с площта на стената DN молекули се сблъскват с компонент на скоростта , DN = където - Брой молекули за единица обем, със скорост в границите , стойност N - молекулно концентрация, вероятностите молекули имат скорост в този диапазон. След това силата на удара на молекули със скорост в границите с зоната на единица стена = и общото налягане на всички молекули сблъскване със стената на

, (1.15.1)

Изразът получен в точка (01/14/11).

Това е уравнение на състоянието на идеален газ:

, (1.15.2)

Това уравнение може да се запише различно, тъй , , (N - общ брой на молекулите, - Броят на моловете газ, - Числото на Авогадро, R - универсална газова константа)

, (1.15.3)

На вътрешната енергия на идеален газ.

Тъй като в идеалния газ не сили между молекулите, вътрешната енергия на идеалния газ е само кинетичната енергия на молекулите

(1.15.4)

където I - броят на степените на свобода на молекулата, което е равно на 3-атом молекула, 5 - за молекула, 6 - за полиатомен.

Heat капацитет и политропно идеално уравнение газ.

От (1.13.5), (1.13.6) и (1.15.4) ние получаваме израз за моларен топлинен капацитет при постоянен обем и постоянно налягане на идеален газ: , , (1.15.5)

За политропно уравнение използваме формула (1.13.8). От уравнението на състояние (1.15.3) получаваме и , Замествайки тези стойности в (1.13.8), ние получаваме , Интегриране на това уравнение, имаме , (1.15.6)



По-специално, на уравнението на адиабатен процес

(1.15.7)

Ентропията на идеален газ.

От (1.14.4), (1.12.7), (1.13.5) и (1.12.4) трябва да бъде

,

За идеален газ , След интегриране получаваме

, (1.15.8)

Real газ. Уравнението на Ван - дер - валс.

В реални газове между молекулите съществува като сила на привличане, която е доминирана от голяма дистанция и отблъскваща сила, която е доминирана от подхода на молекулите. Действието на отблъскваща сила е да се гарантира, че молекулата не позволява проникване до известна степен други молекули. Следователно, отблъскващи сили се характеризират с ефективно количество на молекула. Наличието на силите на привличане води до допълнително вътрешно налягане.

Както вече бе споменато, уравнението на състоянието на реален газ не може да се получи аналитично. Има няколко различни уравнения, които описват състоянието на реален газ. Всички получени емпирично. Най-често състоянието на уравнение реален газ описва Van - дер - валс, който е в доста широк диапазон от параметри дава задоволително споразумение с експеримент. тя изглежда като истинска газ до мола:

, (1.15.9)

А, параметри и В се нарича постоянен Van - дер - валс. Те зависят от вида на газ.

Изотерми на ван дер Ваалс

Wang уравнения достойнство - дер - Ваалс се състои не само в това, което тя описва веществото в газова фаза в широк температура и налягане, но и с това, че тя описва превръщането на газ към течност картина. За да обясни този факт, ние считаме, зависимостта на натиска на силата на звука при постоянна температура (изотермичен).

Ние трансформират уравнението на Ван - дер - Ваалс сили за един мол и да го напиша на правомощията на силата на звука

, (01.15.10)

Уравнението на държавната бе сравнително кубичен обем и броя на постоянно, са неговите параметри, е равно на три. Известно е, че един кубичен уравнение има три корени. За уравнението на Ван дер Ваалс сили се провеждат следните три случая: а) корени са реални; б) две корени са въображаеми и един реален корен, в) три реални корени са идентични.

На ris.1.15.2 схематично изотерма газ ван дер Ваалс сили при различни температури.

Ris.1.15.2.

От страна на изотерма Парцелът е лесно видима, когато налягането се увеличи с увеличаване на силата на звука. Този сайт не е физически смисъл. В района, където изотерма прави зигзаг завой, изобар го пресича на три пъти, което означава, че има три стойности на силата на звука със същите стойности на параметрите на Р и , Това съответства на наличието на три реални корени на уравнението (01/15/10). Когато температурата се повиши вълнообразни земя намалява и се превръща в точка (точка К на ris.1.15.10). Тази точка се нарича критична, и ценности и В този момент тя се нарича критични параметри. Критичната точка на мача три съвпадащи корените на уравнението (15.01.10). При температури над критичната изотерма ван дер Ваалс сили монотонно намаляваща функция Р (V).

критичните параметри , и Тя може да се намери от условието, че най-критичната точка изотерма на Ван дер Ваалс има точка на инфлексия. Това условие може да се получи

,

По този начин, от уравнението на състоянието на газ ван дер Ваалс сили трябва да бъдат съществуването на реална газ критична точка с параметрите , и Чия величина зависи от свойствата на газа.

Нека сега се обърнем към експерименталните криви изотермите на ван дер Ваалс сили. На оглед ris.1.15.3 на експериментално получени изотермите типични за много вещества.

Ris.1.15.3.

Тези криви могат да се видят на хоризонтален участък, който замества не-монотонна раздела на теоретични изотерми газ ван дер Ваалс (ris.1.15.2). Вдясно от хоризонталната част на налягането в експерименталната изотерма монотонно увеличава с намаляване на обема, което съответства на компресия истински газ при постоянна температура. Хоризонталната част съответства на втечнен природен газ, който се появява при определена температура при постоянно налягане. Въпреки това, има система течност-газ двуфазен. Накрая, в ляво на точки, където изотерма отново стане монотонно намаляваща функция Цялата газ се превръща в течност. Натискът е много сериозно се увеличава с намаляване на обема. Това се дължи на факта, че междумолекулни разстоянията са сравними с молекулни размери, в резултат на ниска свиваемост на течности.

Наборът от секции на изотермите на реален газ, съответстващи на системи за течен газ двуфазни, образуват форма на камбана (вж. Ris.1.15.3), на върха на която е критичната точка. над критичното вещество може да съществува само в газообразно състояние. Под критичната температура, веществото може да бъде втечнен. По този начин, могат да бъдат посочени трите региона в графиката на стойностите на параметрите, при които дадено вещество може да съществува само като газ, течни държави само, и мястото, където течност и газ са в равновесие.

Например, критичната температура на хелий е много ниска - 5.2 К. Следователно, неговото втечняване включва големи трудности. За разлика от хелий, водород, кислород и азот, чиято критична температура достатъчно нисък (така съществуват главно в газообразно състояние), такива вещества като вода и живак (критична температура 647 К и 1820 К, съответно) са на разположение в двете течни и в газообразно състояние при стайна температура. Следователно, разликата изчезва термини "газ" и "пара" температури .Ако

На вътрешната енергия на реален газ.

За да намерите на вътрешната енергия на газа ван дер Ваалс сили, ние използваме следния метод. Нека на газ ван дер Ваалс сили извършват процеса без топлообмен с околната среда на. След промяната в неговата вътрешна енергия може да се запише като

, (15.01.11)

При същите условия, промяна във вътрешната енергия на идеален газ може да бъде изчислена по формулата

, (15.01.12)

Сравнение на уравнението на състоянието на перфектен мол (1.15.3) и реални (1.15.9) газове може да видите и Че след замяната на (15.01.12) дава

Първият план от дясната страна на израза по формулата (01.15.11) е промяната във вътрешната енергия на газа ван дер Ваалс сили. Това следва:

,

Интегриране на този израз дава

,

Тук, на произволна константа на интеграция трябва да е равна на нула, тъй като Изрази за вътрешната енергия на газа ван дер Ваалс сили и на идеалния газ трябва да бъдат едни и същи: ,

Използването на израза (1.15.4) за вътрешната енергия на идеален газ ни позволява да напише формулата за изчисляване на вътрешната енергия на един мол газ ван дер - Валс

, (01.15.13)

Както се вижда от този израз, вътрешната енергия на газа ван дер Ваалс сили не само зависи от температурата, както в случая на идеален газ и обемът заета от тях. Поради тази причина, прилагането на изотермични процеси в газ ван дер Ваалс сили, неговата вътрешна енергия ще се промени, и поради това, в тези процеси на газ, доставян за топлината няма да бъде равна за да усъвършенства своята работа.

Ако вътрешната енергия на идеалния газ се определя от кинетичната енергия на молекулите му, газ ван дер Ваалс сили е от съществено значение потенциална енергия се дължи на силите на привличане и отблъскване.