Тема 17. Реальные газы.

1. Силы межмолекулярного взаимодействия.

2. Уравнение состояния реальных газов. Напишите уравнения Ван-дер-

Ваальса. Поясните физический смысл поправок в этом уравнении.

		уравнение Ван-дер-Ваальса (1/м^3) - молярный объем называют кинетическим объемом, это объем, доступный для перемещения молекул
	Поправка на собственный объем молекул. Заштрихованный объем – объем недоступности– он в 4 раза больше объема молекулы, d- диаметр молекулы,
	Поправка к давлению, учитывающая взаимодействие молекул между собой. р называют собственным давлением молекул.
	При такой записи уравнения Ван-дер-Ваальса видно, что давление на стенки в случае реального газа меньше, чем для идеального. Число ударов о стенку пропорционально концентрации молекул в сосуде n. При ударе одной молекулы на нее действует притяжение всех остальных молекул, ослабляя удар. Следовательно, давление ослабляется пропорционально n^2= (N/V)^2 1/V^2.

3 . Изотермы реальных газов. Критическое состояние.

На рисунке приведены три изотермы, вычисленные по уравнению Ван-дер-Ваальса. При высоких температурах (Т₂) кривая аналогична гиперболической изотерме идеального газа. При низких температурах (Т₁) кривая имеет изгибы abcd. Изотерма Т_к имеет один перегиб. Эту температуру называют критической температурой.

На рисунке на критической изотерме указана точка К – это критическая точка, ей соответствуют критические параметры p_k , V_k и Т_k.. Так как это точка перегиба, то для нее первая и вторая производные должны быть равны нулю.

(1)		запишем уравнение Ван-дер-Ваальса в указанном виде, V  VM – молярный объем
(2)		из этих уравнений, разделив первое уравнение на второе, найдем выражение для критического объема Vk
	критические параметры	подставив Vk в (2), получим критическую температуру Тk ; подставив Vk и Тk в (1) и найдем критическое давление рк

Каждое вещество имеет определенные значения критических параметров.

Критическая температура – это такая температура, при которой исчезает разница между жидким и газообразным состоянием.

4. Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля-Томсона.

Внутренняя энергия реального газа, для которого выполняется уравнение Ван-дер-Ваальса, равна: U=W_кин + W_пот

(Дж/моль)

внутренняя энергия реального газа

(для одного моля),C_V - молярная теплоемкость при постоянном объеме

(Дж/моль)

внутренняя энергия идеального газа

(приведена для сравнения)

Явление изменения температуры газа при его расширении от давления р₁ до давления р₂ называется эффектом Джоуля  Томсона.

Например, расширение идеального и реального газов в вакуум.

П усть в сосуде 1 находится идеальный газ, а в сосуде 2 – вакуум (см. рис). Если теплоизолировать систему и открыть кран, то газ

будет адиабатически (Q = 0) расширяться в пустоту, где внешнее давление р_внеш = 0 и, следовательно, работа A = 0,

т.е. расширяясь, газ не совершает работу. Согласно I началу термодинамики: dU = A = 0. Таким образом, внутренняя энергия идеального газа и, соответственно, температура газа остаются постоянными: U = const, T = const

Рассуждая аналогично, для реального газа получим:

	из I начала термодинамики: U2 = U1, отсюда можно получить формулу для изменения температуры газа
	изменение температуры реального газа при его расширении в вакуум