11. Экспериментальные изотермы реального газа. Опыт Эндрюса.

Д ля проверки уравнения состояния реального газа и выяснения физического смысла характера изотерм Ван-дер-Ваальса удобно воспользоваться результатами опыта Эндрюса - экспериментировал с углекислым газом (СО₂). Под поршнем цилиндра помещался моль CO₂. Давление и объем газа по манометру М и шкале объемов V. Через герметически застекленное окошко О можно было видеть пространство, занятое газом. Весь цилиндр помещался в термостат - устанавливал и поддерживал необходимую температуру газа. Эндрюс провел с углекислым газом ряд изотермических процессов при различных температурах. Результаты - рис. 13.2.2. До тех пор пока газ сжимался при высоких температурах (> 304 К), в пространстве под поршнем не происходило никаких видимых процессов, когда же сжатие производилось при низких температурах ( 304 К), Эндрюс увидел, что на некоторой стадии сжатия под поршнем появлялись капельки жидкости (туман), оседающие на стенки и стекающие на дно цилиндра. => весь цилиндр заполнился жидкой углекислотой. Давление на всей этой стадии, которой соответствуют горизонтальные участки изотерм, оставалось неизменным. Таким образом, горизонтальные участки - стадии сжижения газа, совершающегося при постоянном давлении.

Д авление, при котором начинается сжижение газа, зависит от температуры - давление насыщенного пара. При уменьшении объема большее количество газа (точнее, насыщенного пара) переходит в жидкость. Жидкость трудно сжимаема => левая ветвь изотермы, соответствующая жидкой фазе, круто поднимается вверх. Превращение газа в жидкость: на изотермах Эндрюса − участки плато, а на изотермах Ван-дер-Ваальса − волнообразные участки. EB на изотерме Ван-дер-Ваальса - пересыщенный пар, давление которого больше насыщенного пара при данной температуре. AC - перегретой жидкости, давление над которой меньше насыщенного пара при данной температуре. При проведении опыта получили EB пересыщенного пара и AC перегретой жидкости. CB и DE соответствуют столь неустойчивому состоянию вещества, что их не удается получить на опыте. Опыт Эндрюса показывает, что уравнение Ван-дер-Ваальса хорошо отражает действительность и что его можно рассматривать как уравнение состояния реального газа, описывающее также состояние жидкости и процесс перехода газа в жидкость.

Из опыта Эндрюса выяснилось, что газ может быть переведен в жидкое состояние только при температурах, меньших некоторой определенной для данного газа температуры Т_к; при температурах, больших Т_к, газ нельзя перевести в жидкое состояние никаким давлением. Температура Т_к называется критической. Для углекислого газа Т_к = 304 К. Критической называется такая температура, выше которой газ нельзя превратить в жидкость никаким давлением, а ниже которой газ можно превратить в жидкость при некотором давлении, тем меньшем, чем ниже температура. Газ, находящийся при температуре, меньшей критической - пар.

1 2. Понятие фазовых переходов. Критические параметры и их связь с поправками Ван-дер-Ваальса.

Изотерма реального газа (рис. 13.2.2), соответствующая критической температуре, точка перегиба К и соответствующее ей состояние вещества, объем и давление, соответствующие критическому состоянию (координаты точки К), называются критическими. Параметры критическое состояние вещества были определены для многих газов и газовых смесей. Сравнивая изотеры Эндрюса и Ван-дер-Ваальса (рис. 13.2.3) можно выразить критические параметры через постоянные Ван-дер-Ваальса a и b. Получим эти соотношения. Уравнение Ван-дер-Ваальса при критическом состоянии имеет вид . Приведем к кубическому уравнению относительно V 