15. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса:
При рассмотрении реальных газов необходимо учитывать собственный объем молекул и силы межмолекулярного взаимодействия.
Силы межмолекулярного взаимодействия – короткодействующие – проявляются на расстояниях менее 10-19 м. Потенциальная энергия взаимодействия молекул U минимальна в состоянии устойчивого равновесия при r = r0 (r0 – равновесное расстояние между молекулами, когда силы притяжения и отталкивания уравновешивают друг друга).
Umin определяет работу, которую нужно совершить против сил притяжения, чтобы разъединить молекулы, находящиеся в равновесии. kT определяет удвоенную среднюю энергию, приходящуюся на одну степень свободы теплового движения молекул.
При Umin << kT – газообразное состояние вещества; Umin >> kT – твердое состояние вещества; Umin ≈ kT – жидкое состояние.
Уравнение Ван-дер-Ваальса для 1 моль газа (уравнение состояния реальных газов):
Для произвольного количества вещества v газа:
,
где ν = m/μ, V
= ν*Vμ;
a – постоянная Ван-дер-Ваальса;
b – объем, занимаемый
самими молекулами; ν – количество
вещества (моль)
Учет сил межмолекулярного притяжения осуществляется введением внутреннего давления: p’ = a/Vμ2.
Электричество
11. Электрический ток. Сторонние силы. Электродвижущая сила:
Электрический ток – упорядоченное движение электрических зарядов.
Для возникновения и существования электрического тока необходимо:
1) наличие свободных носителей тока — заряженных частиц, способных перемещаться упорядоченно;
2) наличие электрического поля, энергия которого, каким-то образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение. За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов.
Количественная мера эл. тока – сила тока I — скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени: I = dq/dt;
Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным. Для постоянного тока: I = q/t, где q — электрический заряд, проходящий за время t через поперечное сечение проводника.
[I] = 1[A] (ампер).
Для
характеристики направления эл. тока в
разных точках рассматриваемой поверхности
и распределения силы тока по этой
поверхности служит вектор плотности
тока j. Сила тока
сквозь произвольную поверхность S
определяется как поток вектора плотности
тока:
Физическая величина, определяемая силой тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока, называется плотностью тока: j = dI/dS, [j] = 1[А/м2];
I = dq/dt = n*e*<v>*S (где n, e, <v> - концентрация, заряд и средняя скорость упорядоченного движения зарядов) j = n*e*<v>
*Если в цепи действуют только силы электростатического поля, то происходит перемещение носителей таким образом, что потенциалы всех точек цепи выравниваются и электростатическое поле исчезает. Для поддерживания разности потенциалов (чтобы был постоянный ток) вводятся сторонние силы.
Сторонние силы – силы не электрического происхождения. Например, в гальванических элементах они возникают за счет энергии химических реакций между электродами и электролитами; в генераторе — за счет механической энергии вращения ротора генератора и т. п.
Роль источника тока в электрической цепи такая же, как роль насоса, который необходим для перекачивания жидкости в гидравлической системе.
Количественная характеристика сторонних сил – поле сторонних сил и его напряженность Естор, определяемая сторонней силой, действующей на единичный положительный заряд.
Под действием создаваемого поля сторонних сил эл. заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему на концах цепи поддерживается разность потенциалов и в цепи течет постоянный эл. ток.