Критичні параметри деяких газів

Газ	,	, МПа	, К
Кисень Азот		5,08 3,99	155 126

Якщо через крайні точки горизонтальних ділянок ансамблю ізотерм провести лінію, то вийде колоколоподібна крива (рис. 2.9.4), обмежуюча область двофазних станів речовини.

Рис. 2.9.4. Області різних станів речовини на діаграмі p - V

Ця крива і критична ізотерма ділять діаграму під ізотермою на три області: під колоколоподібною кривою розташовується область двофазних станів (рідина і насичений пар), ліворуч від неї знаходиться область рідкого стану, а праворуч - область пари. Пара відрізняється від всіх інших газоподібних станів тим, що при ізотермічному стисненні зазнає процес зрідження. Газ же при температурі вище критичної не може бути перетворений на рідину ні при якому тиску.

Рис. 2.9.5. Ізотерми Ендрюса

Порівнюючи ізотерму Ван -дер -Ваальса з ізотермою Ендрюса (рис. 2.9.5), бачимо, що остання має прямолінійну ділянку 2-6, відповідну двофазним станам речовини. Правда, за деяких умов можуть бути реалізовані стани, відображені ділянками 5-6 і 2-3 ізотерми Ван дер - Ваальса.

Ці нестійкі стани називаються метастабільними. Ділянка 2-3 зображує перегріту рідину, 5-6 - пересичений пар. Обидві фази обмежено стійкі.

При досить низьких температурах ізотерма перетинає вісь переходячи в область негативних тисків (нижня крива на рис. 2.9.5). Речовина під негативним тиском знаходиться в стані розтягування. За деяких умов такі стани також реалізуються. Ділянка 8-9 на нижній ізотермі відповідає перегрітій рідині, ділянка 9-10 - розтягнутій рідині.

Завдання для самопідготовки

1. Чим відрізняються реальні гази від ідеальних? Накресліть криву, що виражає характер залежності сил взаємодій і взаємної потенційної енергії двох молекул від відстані між ними.

2. Як змінюється величина тиску газу на стінку, якщо при її обчисленні взяти до уваги кінцеві розміри молекул? Дайте чисельну оцінку цієї зміни.

3. Як зміниться величина тиску газу на стінку, якщо при її обчислені взяти до уваги сили тяжіння між молекулами? Який знак цієї зміни і як вона залежить від густини газу?

4. У посудині місткістю V = 0,3 л знаходиться вуглекислий газ, що містить кількість речовини 1 моль при температурі Т = 300 К. Визначити тиск р газу:1) за рівнянням Менделєєва - Клапейрона, 2) за рівнянням Ван -дер -Ваальса.

Відповідь: р₁ = 8,31 МПа, р₂ = 5,67 МПа.

5. Для двох різних газів, узятих в рівних кількостях і які мають однакові об’єми і температури, розрахували тиск за рівнянням Ван - дер -Ваальса. Результат порівняли з тиском ідеального газу з такими ж параметрами. Виявилося, що тиск одного газу більше тиску ідеального газу, іншого - менше. Чим пояснити отримані відмінності в тисках?

2.10. Зміна температури при розширенні газів. Ефект джоуля-томсона