2. Вычисление параметров состояния смеси

Таблица 2.1 - Формулы для расчета газовых смесей

	Массовыми долями	Объемными долями
Перевод из одного состава в другой
Плотность и удельный объем смеси	;	;

Продолжение таблицы 2.1.

	Массовыми долями	Объемными долями
Кажущаяся молекулярная масса смеси
Газовая постоянная смеси
Парциальные давления компонентов

2. Реальные газы

В реальных газах в отличие от идеальных существенны силы межмолекулярных взаимодействий (силы притяжения, когда молекулы находятся на значительном расстоянии друг от друга и силы отталкивания при достаточном сближении их друг с другом) и нельзя пренебречь собственным объемом молекул.

Для характеристики отличия термических свойств реального газа от свойств идеального газа обычно применяют коэффициент сжимаемости

.

Если коэффициент сжимаемости z для идеального газа равен 1, то для реальных газов в зависимости от давления и температуры z может быть больше или меньше 1. На рис. 2.2. приведена зависимость коэффициента сжимаемости некоторых реальных газов от давления при температуре 0С. Зависимость z(P) при T=const для идеального газа – горизонтальная прямая. Для реального газа с увеличением давления z сначала уменьшается, а затем увеличивается. Это связано с наличием сил взаимного притяжения между молекулами, которые делают газ более сжимаемым, а наличие объема самих молекул, которые уменьшают свободный объем, делает реальный газ менее сжимаемым.

Рис. 2.2. Зависимость z(P) для некоторых газов при температуре 0 С

Теория идеальных газов не учитывает свойство газов при определенных условиях изменять свое агрегатное состояние (превращение газа в жидкость).

В уравнение введены поправки, учитывающие силы взаимодействия между молекулами и влияние объема самих молекул. Простейшее уравнение состояния реальных газов – уравнение Ван-дер-Ваальса:

, (2.26)

где - характеристика внутреннего давления, обусловленного силами притяжения молекул;

свободный объем, т.е. объем пространства, в котором могут перемещаться молекулы, где - тот наименьший объем, до которого можно сжать газ.

Уравнение Ван-дер-Ваальса отражает непрерывность газообразного и жидкого состояний и отражает параметры обеих фаз. Изотермы, построенные по уравнению Ван-дер-Ваальса для разных температур изображены на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Изотермы Ван - дер - Ваальса

Уравнение Ван-дер-Ваальса – уравнение 3-й степени относительно объема и имеет три корня ( 3 действительных при Т Т_кр, т.е. v₁v₂v₃; 1 действительный и 2 мнимых при ТТ_кр, т.е. каждому давлению соответствует определенный объем; все 3 корня действительны и равны между собой при Т= Т_кр, т.е. v₁ = v₂ = v₃). Участок изотермы справа от т.2 (область больших объемов) близок к изотерме идеального газа.

При большом объеме газа обе поправки невелики: и, и левая часть близка к. По мере уменьшенияv поправки начинают играть заметную роль. В точке 2 газ начинает превращаться в жидкость (конденсироваться). Волнообразный участок изотермы 2-d-c-1 - отражает неустойчивое состояние. Состояния с и d могут быть получены при очень медленном и спокойном сжатии газа и при отсутствии центров конденсации в виде пылинок, капелек тумана или других частиц. Такой ход изотермы между точками 2 и 1 практически не достигается.

На рис 2.4 приведены действительные изотермы реального газа. Давление между точками 2 и 1 остается неизменным, т.к. уменьшение объема происходит за счет частичной конденсации газообразной фазы. В т.1 весь газ (пар) превращается в жидкость, и дальнейшее повышение давления будет незначительно изменять объем жидкости.

Рис. 2.4. Изотермы реального газа

С повышением температуры длина горизонтального участка уменьшается, и в некоторой точке точки 1 и 2 сливаются в одну. Эта точка (К на рис 2.4), называемая критической, характеризует критическое состояние вещества. Параметры вещества в этом состоянии называются критическими и обозначаются и. Критическая точка является верхней границей двухфазной области, где возможно равновесное состояние жидкости и пара. ПриТизотермы реального газа приближаются к изотермам идеального газа, участок с двухфазным состоянием отсутствует.