Внутренняя энергия реального газа

Взаимодействие между молекулами реального газа обусловливает их взаимную потенциальную энергию Е_п , которая входит во внутреннюю энер-гию U системы, наряду с кинетической энергией: U = Е_к + Е_п .

Кинетическая энергия для 1 кмоля, как известно, равна . Потенциальная энергия будет численно равна работе против внутренних сил, действующих между молекулами газаdE_П = dA

Интегрирование dЕ_п дает выражение для Е_п

Здесь const = 0, т.к. в пределе, при V→∞, Е_п должна быть равной нулю. Значит внутренняя энергия 1 кмоля реального газа определяется выражением

Из которого следует, что внутренняя энергия растет, как с ростом температу-ры Т, так и с увеличением объема V.

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются свойства реального газа от свойств идеального газа?

2. Каков физический смысл констант Ван–дер–Ваальса?

3. Что означает критическое состояние вещества? Критические параметры?

4. Какой пар называют насыщенным?

5. В каких состояниях (фазах) может находится вещество при изменении температуры, объема и давления?

Тесты

1. При каких изменениях параметров системы наблюдаются отклонения реального газа от идеального?

а) при повышении давления; б) при повышении температуры; в) при понижении давления; г) при понижении температуры; д) при повышении давления и понижении температуры.

2. Константа Ван–дер–Ваальса (a) учитывает:

а) изменение объема; б) изменение температуры; в) внутреннее давление; г) изменение потенциальной энергии молекул; д) силу отталкивания молекул.

3. Константа Ван–дер–Ваальса (b) учитывает:

а) изменение объема; б) изменение температуры; в) внутреннее давление; г) изменение потенциальной энергии молекул; д) силу отталкивания молекул.

4. Внутренняя энергия реального газа:

а) возрастает с увеличением температуры и объема; б) уменьшается с увеличением объема; в) уменьшается с увеличением температуры; г) возрастает с уменьшением объема; д) возрастает с увеличением температуры.

Пример решения задач

В сосуде емкостью 10 л находится 360 г водяного пара при температуре 470К. Вычислить давление пара на стенки сосуда. Какую часть объема сосуда V составляет собственный объем молекул пара? Какую часть давленияр составляет внутреннее давление ?

Дано:V=10л=0,01м³; m=360г=0,360кг; T=470К.

Найти:

Решение. По уравнению Ван-дер-Ваальса

(1)

где моль – число молей газа; и -постоянные Ван-дер-Ваальса (для водяного пара );- молярная газовая постоянная.

Собственный объем молекул связан с поправкойравенством

Тогда

Внутреннее давление определяется равенством

(Па).

Давление находим из уравнения (1):

(Па)

Тогда

Дополнительные контрольные вопросы к главам 8 - 10

1. Тепловое движение. Статистический и термодинамический методы. Макроскопические параметры состояния. Равновесное и неравновесное состояние. Уравнение состояния идеального газа.

2. Давление идеального газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Молекулярно-кинетический смысл температуры.

3. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распреде­ления энергии по степеням свободы. Средняя кинетическая энергия молекулы. Внутренняя энергия идеального газа.

4. Скорости теплового движения молекул. Распределение Максвелла. Средне- арифметическая, среднеквадратичная и наиболее вероятная скорости.

5. Концентрация молекул в потенциальном силовом поле. Распределе­ние Больцмана. Барометрическая формула.

6. Обратимые и необратимые процессы. Первое начало термодинамики. Работа газа при изменении его объёма. Количество теплоты. Теплоём­кость. Удельная и молярная теплоёмкости.

7. Изопроцессы в идеальном газе. Работа газа в изопроцессах. Изохорная и изобарная теплоёмкости идеального газа. Уравнение Майера.

8. Адиабатный процесс. Уравнение Пуассона. Работа идеального газа в адиабатном процессе.

9. Энтропия. Энтропия и термодинамическая вероятность состояния. Второе начало термодинамики. Третье начало термодинамики.

10. Циклические процессы. Работа цикла. Коэффициент полезного действия. Цикл Карно. Коэффициент полезного действия цикла Карно. Тепловые двигатели и холодильные машины.

11. Диффузия. Взаимная диффузия и самодиффузия. Диффузионный поток. Закон Фика.

12. Теплопроводность. Тепловой поток. Закон Фурье. Температуропро­водность.

ОТВЕТЫ К ТЕСТАМ