Физика / Материалы с практики (Чистякова) / Реальные газы. Краткий конспект

Реальный газ

Реальный газ – это газ при высоких давлениях, температуре и концентрации. Чтобы оценить можно ли применить к газу модель идеального газа, нужно рассчитать молярный объем. Если он сравним с 22.4 л (объем 1 моля газа при ну), то газ можно считать идеальным, если много меньше, то нужно применять уравнения для реального газа. Также если давление газа много больше атмосферного – это реальный газ.

Уравнение Ван-дер-Ваальса

Уравнение Ван-дер-Ваальса – это ур Менделеева-Клапейрона с поправками:

Поправка b – учитывает собственный объем молекул, поправка a – учитывает отталкивание между молекулами. Величины поправок берут из таблиц.

Пример

В прочном закрытом баллоне заключена вода, занимающая при комнатной температуре половину объема баллона. Найти давление и плотность водяных паров при повышении температуры до 400С.

Критическая температура для воды tк=374С, значит при 400С вся вода в баллоне – пар.

Изотермы Ван-дер-Ваальса. Критическая точка

Критическая температура – такая температура, при которой изотерма имеет 1 пологую область. Р и V соответствующие точке, в которой dp/dV=0

– критические параметры

м = 3

= /(27 2)

= 8 /(27 )

Пример

Какую часть объема стеклянной ампулы должен занимать жидкий эфир при t=20С, чтобы при его нагревании можно было наблюдать переход вещества через критическое состояние? Для эфира μ=0.074 кг\моль, ρ=714 кг\м3, tк=194С, рк=35.6 ат.

Переход вещества через критическое состояние характерен тем, что при этом исчезает различие между жидкой и газообразной фазами вещества.

! Критическое состояние характеризуется параметрами – Тк, рк, Vк.

Внутренняя энергия реального газа

Как мы знаем, внутренняя энергия газа – это суммарная кинетическая энергия молекул. В реальном газе молекулы близко друг к другу и поэтому взаимодействуют. Это взаимодействие учитывается в потенциальной энергии, поэтому: = к + п

Для потенциальной энергии принято выражение: Еп = −

Расширение реального газа в вакуум

Если быстро (а значит адиабатически) расширить газ в пустую область (вакуум) – газ не будет совершать работу, а следовательно и изменение внутренней энергии будет равно нулю, те U1=U2. Для идеального газа это означает, что Т1=Т2, но для реального:

Тк V2>V1, то T1>T2, те газ охлаждается

Эффект Джоуля-Томпсона

Изменение температуры газа или жидкости при стационарном адиабатическом дросселировании — медленном протекании газа под действием постоянного перепада давлений сквозь дроссель (пористую перегородку)

Эффект Джоуля-Томпсона

Изменение температуры при эффекте Джоуля-Томпсона:

Обратите внимание, Т может быть как положительным (газ нагревается – эффект Д- Т отрицательный), так и отрицательным (газ охлаждается – эффект Д-Т положительный.)

Иногда, в процессе дросселирования, газ сначала охлаждается, а потом начинает нагреваться. Температура, при которой меняется знак эффекта – это температура