Реальные газы

Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия: Между молекулами вещества одновременно действуют силы притяжения и силы отталкивания. Силы отталкивания считаются положительными, а силы взаимного притяжения —отрицательными. На расстояниях r > 10^–9 м межмолекулярные силы взаимодействия практически отсутствуют. Элементарная работаAсилыFпри увеличении расстояния между молекулами наdrсовершается за счет уменьшения взаимной потенциальной энергии молекул, т.е.

Если молекулы находятся друг от друга на расстоянии, на котором межмолекулярные силы взаимодействия не действу­ют, то П=0. Критерием различных агрегатных состояний вещества является соотношение меж­ду величинами П_minиkT. П_min— наименьшая потенциальная энергия взаимодействия молекул — определяет работу, которую нужно совершить против сил притяжения для того, чтобы разъединить молекулы, находящиеся в равновесии; kT определяет удвоенную среднюю энергию, приходящуюся на одну степень свободы хаотического (теплового) движения молекул.

Если П_min<<kT, то вещество находится в газообразном состоянии, так как интенсивное тепловое движение молекул препятствует соединению молекул. Если П_min>>kT, то вещество находится в твердом состоянии, так как молекулы, притягиваясь друг к другу, не могут удалиться на значительные расстояния и колеблются около положений равновесия. Если П_minkT, то вещество находится в жидком состоянии, так как в результате теплового движения молекулы перемещаются в пространстве, обмениваясь местами, но не расходясь на расстояние, превышающееr₀.

Таким образом, любое вещество в зависимости от температуры может находиться в газообразном, жидком или твердом агрегатном состоянии.

Эффективный диаметр молекулы

Эффективный диаметр молекулы— минимальное расстояние, на которое сближаются центры двух молекул при столкновении.

При столкновении молекулы сближаются до некоторого наименьшего расстояния, которое условно считается суммой радиусов взаимодействующих молекул. Через эффективный диаметр молекулы можно выразить эффективное сечение молекулы— как круг радиусом d. В общем случае эффективный радиус — усредненная величина, т.к. в случае, когда молекула не является концентрически симметричной, радиус является функцией от угла в системе, связанной с молекулой.

Уравнение состояния газа Ван-дер-Ваальса

Уравнение состояния газа Ван-дер-Ваальса—уравнение, связывающее основныетермодинамические величиныв модели газаВан-дер-Ваальса.

Уравнение Ван-дер-Ваальса —уравнение состояния, имеющее компактную форму и учитывающее основные характеристики газа с межмолекулярным взаимодействием.

Для одного молягаза Ван-дер-Ваальса оно имеет вид:

Критическое состояние и параметры критического состояния

Критическое состояние-состояние двухфазной системы, в котором сосуществующие в равновесии фазы становятся тождественными по всем своим свойствам. Параметры критического состояния системы (давление р_к, т-ра Т_к, объем V_к, состав x_ки др.) наз. критич. параметрами. За пределами критическое состояние сосуществование рассматриваемых фаз в равновесии невозможно, система превращ. в однофазную (гомогенную).

Давление насыщенного пара

Насы́щенный пар— этопар, находящийся втермодинамическом равновесиисжидкостьюилитвёрдым теломтого жесостава.

Давлениенасыщенного пара связано определённой для данного вещества зависимостью оттемпературы. Когда внешнее давление падает ниже давления насыщенного пара, происходиткипение(жидкости) иливозгонка(твёрдого тела); когда оно выше — напротив,конденсацияилидесублимация.

Внутренняя энергия  реального газа

Согласно молекулярно-кинетической теории, учет сил отталкивания (с помощью поправки b в уравнении Ван-дер-Ваальса) соответствует модели молекул газа в виде твердых шариков, имеющих собственный размер и занимающих часть объема сосуда.

Поэтому силам отталкивания, возникающим при столкновении молекул, не может соответствовать какая-либо потенциальная энергия. Наличие сил притяжения между молекулами учитывается дополнительным  давлением  , где  а - постоянная, зависящая от свойств реального газа. Для одного моля реального газа  формула внутренней энергии запишется в виде:

.

Эффе́ктом Джо́уля — То́мсона называется изменение температуры газа приадиабатическом дросселировании — медленном протекании газа под действием постоянного перепада давлений сквозь дроссель (пористую перегородку). Данный эффект является одним из методов получения низких температур.

Изменение энергии газа: 

Изменение температуры при малом изменении давления в результате процесса Джоуля — Томсона определяется производной , называемой коэффициентом Джоуля — Томсона. С помощью элементарных преобразований можно получить выражение для этого коэффициента:

Энтальпи́я—термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменныхдавления,энтропиии числа частиц.

Энтальпия — это та энергия, которая доступна для преобразования в теплоту при определенном постоянном давлении.

Следовательно, в процессе изменения состояния

Температура инверсии

Инверсиявметеорологииозначает аномальный характер изменения какого-либо параметра ватмосферес увеличением высоты. Наиболее часто это относится ктемпературной инверсии, то есть к увеличениютемпературыс высотой в некотором слое атмосферы вместо обычного понижения Различают два типа инверсии:

приземные инверсии температуры, начинающиеся непосредственно от земной поверхности (толщина слоя инверсии — десятки метров)

инверсии температуры в свободной атмосфере (толщина слоя инверсии достигает сотни метров)

Сжижение газов включает в себя несколько стадий, необходимых для перевода газа в жидкое состояние. Эти процессы используются для научных, промышленных и коммерческих целей. Все газы могут быть приведены в жидкое состояние путём простого охлаждения при нормальном атмосферном давлении. Однако для некоторых газов достаточно определённого повышения давления (углекислый газ, бутан, пропан, этан, аммиак, хлор). Уравнение состояния идеальных газов Ван-дер-Ваальса показывает, что всякий газ может быть переведен в жидкое состояние, но необходимым условием для этого является предварительное охлаждение газа до температуры ниже критической. Углекислый газ, например, можно сжижить при комнатной температуре, поскольку его критическая температура равна 31,1°C