9.2.Изотермы реальных газов

Рис. 9.2.1



Рис. 9.2.2

Идеальный газ.

Изотермы идеальных газов (рис.9.2.1).были получены в § 6.2. Газ находиться в контакте с термостатом, обеспечивающим постоянство температуры (рис.9.2.2). При сжатии газа объем уменьшается обратно пропорционально давлению.



Рис. 9.2.3

Изотермы реальных газов. Эксперимент.

На рисунке 9.2.3. приведены шесть экспериментальных изотерм реальных газов

.

1. Если —изотерма близка к изотерме идеального газа;

2. Если на изотерме появляется горизонтальный участок, например , на котором сжатие не сопровождается изменением давления. Работа внешней силы идет на изменение потенциальной части внутренней энергии, при этом изменяется фазовое состояние вещества, происходит фазовый переход: вещество из фазы газа конденсируется в фазу жидкости. В области существует одновременно и жидкость и газ (пар). При изотермическом сжатии точки и — начало и конец конденсации. При изотермическом расширении точки — начало кипения, — конец кипения.

Рис. 9.2.4

Точка называется критической точкой. Для изотерм с кинетическая энергия молекул так велика, что силы притяжения не могут удержать молекулы вместе на какое бы расстояние мы их не сближали внешним давлением. Таким образом, на диаграммах изотерм выделяется три области (рис 9.2.4):

1 — область, в которой вещество существует в виде газа;

2 — область фазового перехода: газ (пар) существует одновременно с жидкостью;

3 — область, в которой вещество существует только в виде жидкости.

В критической точке с параметрами теряется различие между газом и жидкостью.



Рис. 9.2.5

Изотермы реальных газов. Теория.

На рис.9.2.5 представлены графики изотерм, полученных из уравнения Ван–дер–Ваальса.

Сравнение с изотермами реальных газов показывает, что теория хорошо описывает эксперимент не только в области газообразного состояния, но также в областях двухфазного и жидкого состояний. Участок изотермы соответствует жидкости, нагретой выше температуры кипения (перегретой жидкости), участок — соответствует пересыщенному пару. Это метастабильные состояния, действительно реализующиеся в однородной жидкости или паре. При введении центров конденсации (кипения) происходит бурный фазовый переход. Участок изотермы практически неосуществим.