Содержание
- 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА ТЕРМОДИНАМИКА Т П У Сегодня *
- 3. Тема 7. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ 7.1. Реальные газы 7.2. Силы Ван-дер-Ваальса 7.2. Вывод уравнения Ван-дер-Ваальса
- 4. 7.1. Реальные газы Как известно, уравнение состояния устанавливает связь между давлением Р, объемом V, температурой T
- 5. Уравнение Менделеева – Клапейрона - самое простое, надежное и известное уравнение состояния идеального газа. Реальные газы
- 6. Для газов с низкой температурой сжиже-ния (He, H2, Ne и даже N2, O2, Ar, CO, CH4)
- 7. Первая поправка в уравнении состояния идеального газа рассматривает собственный объем, занимаемый молекулами реального газа. В уравнении
- 8. При понижении температуры межмолекулярное взаимодействие в реальных газах приводит к конденсации (образование жидкости). Межмолекулярное притяжение эквивалентно
- 9. Наибольшее распространение вследствие простоты и физической наглядности получило уравнение Ван-дер-Ваальса (1873). Ван-дер-Ваальс дал функциональную интерпретацию внутреннего
- 10. С учетом этих соображений уравнение состояния идеального газа преобразуется в уравнение Ван-дер-Ваальса: или для одного моля
- 11. Ян-Дидерик Ван-дер-Ваальс (1837 – 1923), голландский физик. Его докторская диссертация, посвященная непрерывности газообразного и жидкого состояний,
- 12. Помимо Нобелевской премии, Ван-дер-Ваальс получил почетную докторскую степень Кембриджского университета. Кроме того, он являлся членом Нидерландской
- 13. Реальные газы – газы, свойства которых зависят от взаимодействия молекул. В обычных условиях, когда средняя потенциальная
- 14. 7.2. Силы Ван-дер-Ваальса Я.Д. Ван-дер-Ваальс для объяснения свойств реальных газов и жидкостей, предположил, что на малых
- 15. Межмолекулярные взаимодей-ствия имеют электрическую природу и складываются из: сил притяжения (ориентационных, индукционных, дисперсионных) и сил отталкивания.
- 16. Ориентационные силы действуют между полярными молекулами – молекулами, обладающими дипольными или квадрупольными моментами. Сила притяжения между
- 17. Рисунок 7.1
- 18. Среднее значение потенциальной энергии ориентационного межмолекулярного взаимодействия равно Uор(r) ~ p1 p2 r−6, где p1, p2
- 19. Индукционные (поляризационные) силы действуют между полярной и неполярной молекулами, а также между полярными молекулами. Полярная молекула
- 20. Дисперсионное молекулярное взаимодействие возникает благодаря виртуальному нарушению электронейтральности молекулы в отдельные моменты времени. Мгновенный диполь поляризует
- 21. Данное взаимодействие называется дисперсионным, его энергия определяется поляризуемостью молекул α1, α2: U(r) ~ α1α2 r –6,
- 22. Отметим, что все три силы и энергии одинаковым образом убывают с расстоянием: F = Fор +
- 23. Силы отталкивания действуют между молекулами на очень малых расстояниях, когда происходит взаимодействие электронных оболочек атомов, входящих
- 24. Полагаем, что U(r = ∞) = 0 – при больших расстояниях потенциальная энергия взаимодействия равна нулю.
- 25. U( r) = – ar –6 + br –12 Рисунок 7.2 Потенциал Леннарда-Джонса
- 26. Глубина потенциала равна U(rmin) = –a2/4b при rmin = (2b/a)1/6 – расстоянии, соответствующем наибольшей энергии связи
- 27. 7.3. Вывод уравнения Ван-дер-Ваальса Уравнение Ван-дер-Ваальса – одно из первых уравнений состояния реального газа, которое было
- 28. Учтем влияние конечных размеров молекул на уравнение состояния реального газа. Давление определяется средней кинетической энергией теплового
- 29. В результате в сосуде, содержащем N молекул конечных размеров, область объемом (N/2)4π(2r)3/3 = 4NVмолек будет недоступна
- 30. Объем, доступный точечным молекулам, будет равен V − b, а давление, оказываемое на стенки сосуда, определяется
- 31. Для ν = m/μ молей газа уравнение состояния газа с учетом конечного размера молекул примет вид:
- 32. Рассмотрим влияние сил притяжения на уравнение состояния идеального газа. Будем считать для простоты частицы газа точечными.
- 33. В объеме газа действие сил притяжения между молекулами в среднем уравновешивается, на границе газ – стенка
- 34. Рисунок 7.3
- 35. Дополнительное внутреннее давление пропорционально числу частиц, приходящихся на единицу площади границы nS и силе взаимодействия этих
- 36. Избыточное внутреннее давление Pi (i − intrinsic) будет пропорционально квадрату концентрации числа частиц Pi ~ nS
- 37. С учетом внутреннего давления уравнение состояния примет вид P + Pi = nkT, или (P +
- 38. Учитывая совместное действие сил притяжения и сил отталкивания и полученные поправки для объема и давления в
- 39. Константы Ван-дер-Ваальса и критические данные Таблица 7.1.
- 40. Примечание. Константы а и b выбраны таким образом, чтобы получить оптимальное согласование уравнения Ван-дер-Ваальса с измеренными
- 41. 7.3. Изотермы уравнения Ван-дер-Ваальса Проанализируем изотермы уравнения Ван-дер-Ваальса – зависимости Р от V для реального газа
- 42. Поскольку данное уравнение имеет третью степень относительно V, а коэффициенты при V действительны, то оно имеет
- 43. T1 > > Рисунок 7.4
- 44. Изотерма при Ткр, которая разделяет немонотонные T Tкр изотермы, соответствует изотерме при критической температуре. При температуре
- 45. При T > Tкр вещество находится только в одном – газообразном состоянии > >
- 46. При температуре газа ниже критической есть возможность перехода вещества из газообразного в жидкое и наоборот. На
- 47. При температуре газа ниже критической есть возможность перехода вещества из газообразного в жидкое и наоборот. >
- 48. Поэтому область ВСА не может устойчиво существовать. В областях DLB и AGE давление падает с увеличением
- 49. Система переходит из области устойчивых состояний GE (газ) в область устойчивых состояний LD (жидкость) через двухфазное
- 50. При квазистатическом сжатии, начиная с точки G, система распадается на 2 фазы – жидкость и газ,
- 51. Наличие критической точки на изотерме Ван-дер-Ваальса означает, что для каждой жидкости существует такая температура, выше которой
- 52. Такую температуру Менделеев назвал температурой абсолютного кипения. Выше этой температуры, согласно Менделееву, газ не может быть
- 53. Критическая точка K - точка перегиба критической изотермы, в которой касательная к изотерме горизонтальна (рисунок 7.5).
- 54. Ее можно определить также как точку, в которую в пределе переходят горизонтальные участки изотерм при повышении
- 55. На этом основан способ определения критических параметров Pk, Vk, Тk, (способ Эндрюса).
- 56. Строится система изотерм при различных температурах. Предельная изотерма, у которой горизонтальный участок LG переходит в точку,
- 57. 7.4. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса Энергия одного моля газа Ван-дер-Ваальса слагается из: внутренней энергии молекул газа;
- 58. Потенциальная энергия притяжения молекул равна работе, необходимой для разведения молекул на бесконечное расстояние друг от друга.
- 59. Дополнительное давление газа Ван-дер-Ваальса за счет взаимного притяжения молекул равно a/Vm2, тогда потенциальная энергия взаимодействия равна
- 60. Полная энергия одного моля газа Ван-дер-Ваальса : Если СV не зависит от температуры, то полная энергия
- 61. Принципиальное значение уравнения Ван-дер-Ваальса определяется следующими обстоятельствами: 1) Уравнение было получено из модельных представлений о свойствах
- 62. 2) Уравнение долго рассматривалось как некоторый общий вид уравнения состояния реальных газов, на основе которого было
- 63. Причиной недостаточной точности уравнения Ван-дер-Ваальс считал ассоциацию молекул в газовой фазе, которую не удается описать, учитывая
- 64. Две модификации уравнения предложил Клаузиус, и обе они связаны с усложнением вида постоянной b. Больцман получил
- 65. Выяснилось, что ни одно из уравнений состояния, содержащих менее 5 индивидуальных постоянных, не оказалось достаточно точным
- 66. Если идеальный газ адиабатно расширяется и совершает при этом работу, то он охлаждается, так как работа
- 67. Эффект Джоуля-Томсона состоит в изменении температуры газа в результате медленного протекания газа под действием постоянного перепада
- 68. Первоначально в качестве дросселя использовалась мелкопористая перегородка из ваты.
- 69. Эффект Джоуля-Томсона свидетельствует о наличии в газе сил межмолекулярного взаимодействия. Газ совершает внешнюю работу – последующие
- 70. Совершенная над газом результирующая внешняя работа равна В адиабатических внешних условиях эта работа идет на изменение
- 71. Таким образом, в опыте Джоуля-Томсона сохраняется (остается неизменной) величина Она является функцией состояния и называется энтальпией.
- 72. Эффект Джоуля-Томсона принято называть положительным, если газ в процессе дросселирования охлаждается и отрицательным, если газ нагревается
- 73. Превращение любого газа в жидкость – сжижение газа – возможно лишь при температуре ниже критической. Критические
- 75. Состав атмосферы Земли
- 76. Схема установки для сжижения газов, в которой используется эффект Джоуля-Томсона – машина Линде. Воздух в компрессоре
- 77. Второй метод сжижения газов основан на охлаждении газа при совершении им работы. Сжатый газ, поступая в
- 78. Температуры до –261° С (12 К) и ниже можно также получать и поддерживать при помощи механических
- 79. СОВРЕМЕННЫЙ КРИОРЕФРИЖЕРАТОР СТИРЛИНГА. 1 – цилиндр компрессора; 2 – ребра охлаждения; 3 – регенератор; 4 –
- 81. Основные результаты Уравнение Ван-дер-Ваальса для произвольного количества вещества ν реального газа учитывает конечный объем молекул νb
- 85. Скачать презентацию