Це рівняння третього ступеня щодо обсягу і, отже, при даних р і Т воно може мати або три речових кореня, або один речовий і два комплексно-сполучених кореня, що не мають фізичного змісту. Це залежить від співвідношення між коефіцієнтами. При низьких температурах рівняння має три дійсних кореня і графік p = f (V) має вигляд, зображений на рис. 9.3.
Для того щоб отримати ізотерму досвідченим шляхом, потрібно взяти речовина в газоподібному стані, помістити його в посудину з переміщається поршнем і почати повільно стискати, роблячи одночасно відліки тиску і обсягу, а також, стежачи за тим, щоб температура речовини лишалася незмінною. Результат подібного досвіду дан на мал. 9.3 (лінія 1-2-3-4).
Спочатку зі зменшенням обсягу тиск газу зростає, причому хід ізотерми добре описується рівнянням Ван-дер-Ваальса (9.2.1) (на рис. 9.3 лінія 1-2).
Однак, починаючи з деякого обсягу V3. експериментальна ізотерма перестає слідувати рівняння (9.2.1) (на рис. 9.3 лінія 2-А). Стан 2-А (пересичений пар) створюється при стисненні газу, в якому відсутні центри конденсації (порошинки, електричні заряди та ін.). Починаючи з цього значення об'єму, тиск в посудині перестає змінюватися, сама речовина перестає бути однорідним, частина газу конденсується в рідину. Відбувається розшарування речовини на дві фази: рідку і газоподібну (на рис. 9.3 лінія 2-3).
У міру подальшого зменшення обсягу все більша частина речовини переходить в рідку фазу, причому перехід здійснюється при постійному тиску, позначеному на малюнку РНП. Стан 3-В (перегріта рідина) виникає зі зменшенням тиску рідини при відсутності центрів пароутворення.
Після того, як процес конденсації речовини в рідину закінчується при V = V1. подальше зменшення обсягу супроводжується швидким зростанням тиску. При цьому хід ізотерми знову приблизно слід рівняння (9.2.1). Речовина в станах, відповідних цій ділянці ізотерми, знову буде однорідним, але є не газ, а рідина (на рис. 9.3 лінія 3-4).
Таким чином, рівняння Ван-дер-Ваальса описує не тільки газоподібний стан речовини, але охоплює також процес переходу в рідкий стан і процес стиснення рідини.
Зіставлення експериментальної ізотерми (рис. 9.4) з теоретичної изотермой Ван-дер-Ваальса дає, що ці ізотерми досить добре збігаються на ділянках, що відповідають однофазним станам речовини, але поводяться зовсім по-різному в області розшарування на дві фази.
Замість S-образного завитка на изотерме Ван-дер-Ваальса експериментальна ізотерма має в цій області прямолінійний горизонтальний ділянку (рис. 9.4).
У станах, відповідних горизонтальному ділянці ізотерми, спостерігається рівновага між рідкою і газоподібною фазами речовини. Газ, що знаходиться в рівновазі зі своєю рідиною, називається насиченою парою. Тиск РНП. при якому може існувати рівновага при даній температурі, називається тиском насиченої пари.
Досвід показує, що з підвищенням температури (T ¢ При критичній температурі ця відмінність зникає. Одночасно зникає яке розрізнення між рідиною і парою. Якщо провести лінію через крайні точки горизонтальних ділянок ізотерм, виходить колокообразная крива, що обмежує область двофазних станів речовини. Колокообразная крива і ділянку критичної ізотерми, що лежить зліва від точки К ділить діаграми (pV) на три області (рис. 9.5). Стан речовини в цій області відрізняється від інших газоподібних станів в тому відношенні, що при ізотермічному стисканні речовина, що знаходиться в цьому стані, зазнає процес зрідження. Речовина, що знаходиться в газоподібному стані при температурі вище критичної, не може бути зріджений ніяким стисненням. Розглянемо ізотерми, побудовані на підставі рівняння Ван-дер-Ваальса для кількох значень температури (рис. 9.6). Розрахунки показують, що при температурі T ¢ коефіцієнти в рівнянні (9.2.1) є такими, що всі три рішення рівняння виявляються речовими. З підвищенням температури відмінність між трьома речовими рішеннями рівняння (9.2.1) зменшуються. Для відповідної ізотерми точка К служить точкою перегину. Їй відповідають три співпадаючих речових рішення рівняння (9.2.1). Дотична до критичної изотерме в точці К є межею, до якого прагнуть січні p ¢ і p ¢¢ при наближенні температури до критичної. Отже, ця дотична, як і всі січні паралельна осі V так, що похідна в точці К дорівнює нулю. Крім того, в якій точці перегину повинна бути дорівнює нулю і друга похідна. Запишемо рівняння (9.2.1) у вигляді Диференціювання цього виразу по V дає У критичній точці при Т = Ткр і V = Vкр ці вирази звертаються в нуль: Відповідні значення і ркр звуться критичного обсягу і критичного тиску для даної речовини. З рівняння (9.2.2) знаходимо Вирішуючи систему трьох рівнянь з трьома невідомими Vкр. Pкр і Ткр. отримаємо Таким чином, знаючи константи Ван-дер-Ваальса a і b, можна знайти відповідні критичної точки Vкр. Pкр і Ткр. які називають критичними величинами. І навпаки, за відомим критичним величинам можуть бути знайдені значення констант Ван-дер-Ваальса.
Похилій штрихуванням позначена область однорідних рідких станів. Під колокообразной кривої розташовується область двофазних станів і область, що лежить праворуч від колокообразной кривої і верхньої гілки критичної ізотерми, являє собою область однорідних газоподібних станів речовини. Особливо слід відзначити область, що лежить під правою гілкою критичної ізотерми - область пара (рис. 9.5).
Починаючи з певної, своєю для кожного речовини, температури Ткр. при будь-якому тиску речовим залишається тільки одне рішення, відповідне точці К. Температура називається критичною температурою. Точка К називається критичною точкою.Схожі статті