Теоретические основы
Газовые законы, рассмотренные в предыдущих разделах, точно выполняются только для идеальных газов, которые не конденсируются при охлаждении их вплоть до абсолютного нуля температуры.
Свойства большинства газов близки к свойствам идеального газа, когда они находятся при температурах, достаточно далеких от точки конденсации, т. е. когда между молекулами отсутствует взаимодействие и когда собственный объем молекул газа мал по сравнению с объемом газа.
Вблизи точки конденсации (при высоком давлении и низкой температуре) свойство газов значительно отличается от свойств идеального газа. В этих случаях говорят о реальных газах.
Уравнение состояния для 1-го моля идеального газа
(Vm – молярный объем) видоизменяется в случае реальных газов.
Для реальных газов необходим учет собственного объема молекул. Наличие сил отталкивания, которые противодействуют проникновению в занятый молекулой объем других молекул, сводится к тому, что фактический свободный объем, в котором могут двигаться молекулы реального газа, будет не Vm, а Vm – b, b – объем, занимаемый самими молекулами. Объем b равен учетверенному собственному объему молекул.
|
|
Действие сил притяжения газа приводит к появлению дополнительного давления на газ, называемого внутренним давлением. По вычислениям Ван-дер-Ваальса, внутреннее давление обратно пропорционально квадрату молярного объема, т. е.
,
где a – постоянная Ван-дер-Ваальса, характеризующая силы межмолекулярного притяжения.
Вводя поправки в уравнение для идеального газа, получим уравнение Ван-дер-Ваальса для 1-го моля газа
. (9.45)
Учитывая, что , получим уравнение для произвольного количества вещества:
Поправки Ван-дер-Ваальса (a и b) являются постоянными для каждого газа величинами. Для их определения записывают уравнения для двух известных из опыта состояний газа и решаются относительно a и b.
Уравнение (9.45) можно записать в виде
.
При заданных p и T – это уравнение третьей степени относительно Vm, следовательно, оно может иметь либо три вещественных корня, либо один вещественный и два мнимых, причем физический смысл имеют лишь вещественные положительные корни.
Изотермами Ван-дер-Ваальса называются кривые зависимости p от Vm при заданных T, определяемые уравнением Ван-дер-Ваальса для моля газа.
При некоторой температуре Tk – критической температуре – на изотерме (рис. 9.11) только одна точка перегиба (в этой точке касательная к ней параллельна оси абсцисс). Точка K – критическая точка, соответствующие этой точке объем Vk и давление pk называются также критическими. Изотерма при Tk называется критической изотермой.
|
|
Порядок выполнения практической работы
Решите следующие задачи
1. Рассчитайте молярную массу газа, если 3,5 г его при 00С и давлении 25310 па занимает объем 11,2 л.
2. В закрытом сосуде объемом V=0,5 м3 находится количество ν=0,6 кмоль углекислого газа при давлении p=3 МПа. Пользуясь уравнением Ван-дер-Ваальса, найти, во сколько раз надо увеличить температуру газа, чтобы давление увеличилось вдвое.
Контрольные вопросы:
1. Сформулируйте уравнение Ван-дер-Ваальса
Сформулируйте вывод по работе