4. Внутрішня енергія реального газу

Внутрішня енергія реального газу U складається з кінетичної енергії теплового руху його молекул (визначає внутрішню енергію ідеального газу, що дорівнює U_к = C_VT для одного моля) і потенціальної енергії міжмолекулярної взаємодіїU_n . Потенціальна енергія реального газу зумовлена лише силами притягання між молекулами, які приводять до виникнення внутрішнього тиску на газ

Робота, яка витрачається для подолання сил притягання, що діють між молекулами газу, іде на збільшення потенціальної енергії системи, тобто

або .

Звідси знаходимо потенціальну енергію одного моля реального газу:

.

Знак "-" означає, що молекулярні сили, які створюють внутрішній тиск, є силами притягання.

Тоді повна внутрішня енергія одного моля реального газу дорівнює

.

Вона зростає зі збільшенням температури й об’єму газу.

Якщо газ розширюється без теплообміну з навколишнім середовищем і не виконує роботу, то на підставі першого закону термодинаміки одержимо, що

Отже, при адіабатичному розширенні без здійснення зовнішньої роботи внутрішня енергія газу не змінюється.

Для ідеального газу це означає, що при адіабатному розширенні у вакуум (тобто без виконання роботи) його температура не змінюється Т₁ = Т₂.

Для реального газу, з огляду на те, що для одного моля газу

,

одержуємо

Оскільки V₂ > V₁ , то T₁ >T₂ , тобто реальний газ при адіабатному розширенні у вакуум охолоджується.

5. Тверді тіла. Моно- і полікристали

Тверді тіла являють собою агрегатний стан речовини, який характеризується постійністю форми й об’єму. Розрізняють дві групи твердих тіл: кристалічні й аморфні. Відмінною особливістю кристалічного стану є анізотропія – залежність фізичних властивостей (наприклад, теплопровідності, модуля пружності і т.ін.) від напрямку. Анізотропія кристалів зумовлена упорядкованим розташуванням частинок (атомів, молекул, іонів), які утворюють кристалічні решітки. Тобто кристалічна решітка – це упорядкована структура, яка характеризується регулярним розташуванням частинок з періодичною повторюваністю у трьох вимірах. Точки, у яких розташовані частинки (точніше, відносно яких частинки виконують коливання), називаються вузлами кристалічної решітки.

Тіла, властивості яких однакові в усіх напрямках, називаються ізотропними. Ізотропними є гази, більшість рідин і аморфні тіла. Особливістю аморфних тіл є відсутність визначеної температури плавлення, оскільки вони являють собою насправді дуже переохолоджені в’язкі рідини. Прикладом аморфних тіл є скло, пластмаси. Деякі речовини (сірка, цукор, гліцерин) можуть існувати як у кристалічному, так і в аморфному стані.

Усі кристалічні тіла поділяються на дві групи: моно- і полікристали. Монокристал – це кристалічне тіло, частинки якого утворюють єдину тривимірну кристалічну решітку. Прикладом є кристали кухонної солі, кварцу, льоду і т.ін.

Полікристали – це тверді тіла, які складаються з великої кількості хаотично розташованих кристалічних зерен (мілких монокристалів). Кожне з цих монокристалічних зерен є анізотропним, але оскільки вони орієнтовані хаотично, то у цілому полікристалічне тверде тіло є ізотропним (метали, сплави і т.і.).