|
Реальные газы
Реальные газы
Реальные газы
Реферат
подготовила Магарамова Инесса
1.Реальные
газы
Модель идеального газа, используемая в
молекулярно-кинетической теории газов, позволяющая описывать поведение
разрежённых реальных газов при достаточно высоких температурах и низких
давлениях. При выводе уравнения состояния идеального газа размерами молекул и
их взаимодействием друг с другом пренебрегают. Повышение давления приводит к
уменьшению среднего расстояния между молекулами, поэтому необходимо учитывать
объём молекул и взаимодействие между ними. При высоких давлениях и низких
температурах указанная модель идеального газа непригодна.
При рассмотрении реальных газов – газов, свойства
которых зависят от взаимодействия молекул, надо учитывать силы межмолекулярного
взаимодействия. Они проявляются на расстояниях ≤10-9 м. и быстро убывают
при увеличении расстояния между молекулами. Такие силы называются
короткодействующими.
В ХХ в., по мере развития и представлений о строении
атома и квантовой механики, было выяснено, что между молекулами вещества
одновременно действуют силы притяжения и силы отталкивания. Силы отталкивания
считаются положительными, а силы взаимного притяжения – отрицательными.
2.
Внутренняя энергия реального газа
Внутренняя энергия реального газа складывается из
кинетической энергии теплового движения его молекул и из потенциальной энергии
межмолекулярного взаимодействия. Потенциальная энергия реального газа
обусловлена только силами притяжения между молекулами. Наличие сил притяжения приводит
к возникновению внутреннего давления на газ.
р΄=а/V2
Работа, которая затрачивается для преодоления сил
притяжения, действующих между молекулами газа, или, иными словами, против
внутреннего давления, как известно из механики, идёт на увеличение потенциальной
энергии системы.
Т.е. dA=p΄Vm=dП, или dП=a/V2m*dVm, откуда
П=-а/Vm.
Знак минус означает, что молекулярные силы, создающие
внутреннее давление р΄, являются силами притяжения. Учитывая оба
слагаемых, получим, что внутренняя энергия моля реального газа Um=CVT-a/Vm растёт
с повышением температуры и увеличением объёма.
Если газ расширяется без теплообмена с окружающей
средой и не совершает внешней работы, то на основании первого начала
термодинамики получим, что U1=U2. Следовательно, при адиабатическом расширении
без совершения внешней работы внутренняя энергия газа не изменяется.
3.
Уравнение Ван-дер-Ваальса
Учёт собственного объёма молекул и сил
межмолекулярного взаимодействия привёл голландского физика И. Ван-дер-Ваальса
(1837-1923) к выводу уравнения состояния реального газа. Ван-дер-Ваальсом в
уравнение Клапейрона-Менделеева введены две поправки.
1. Учёт собственного объёма молекул. Наличие сил
отталкивания, которые противодействуют проникновению в занятый молекулой объём
других молекул, сводится к тому, что фактический свободный объём, в котором
могут двигаться молекулы реального газа, будет не Vm, а Vm-b, где b- объём,
занимаемый самими молекулами. Объём b равен утверждённому собственному объёму
молекул. Если, например, в сосуде находятся две молекулы, то центр любой из них
не может приблизиться к центру другой молекулы на расстояние меньше d, это
означает, что для центров обеих молекул оказывается недоступным объём сферы
радиусом d, объём, равный восьми объёмам молекулы, а в расчёте на одну молекулу
– учетверённый объём молекулы.
2. Учёт притяжения молекул. Действие сил притяжения
между молекулами реального газа приводит к появлению дополнительного давления
на газ, называемого внутренним давлением. По вычислениям Ван-дер-Ваальса,
внутреннее давление обратно квадрату объёма газа, т.е. p΄=a/V2 , где а –
постоянная Ван-дер-Ваальса, характеризующая силы межмолекулярного притяжения,
Vm – молярный объём. Вводя эти поправки – получим уравнение Ван-дер-Ваальса для
моля газа (уравнение состояния идеальных газов): (p+a/V2m) (Vm-b)=RT. При
выводе уравнения Ван-дер-Ваальса сделан целый ряд упрощений, поэтому оно также
весьма приближённое, хотя и лучше согласуется с опытом, чем уравнение состояния
идеального газа. При малых давлениях и высоких температурах объём Vm становится
большим, поэтому b
|
