Газові закони, розглянуті в попередніх розділах, точно виконуються тільки для ідеальних газів, що не конденсуються при охолодженні їх аж до абсолютного нуля температури.
Властивості більшості газів близькі до властивостей ідеального газу, коли вони знаходяться при температурах, досить далеких від точки конденсації, т. Е. Коли між молекулами відсутня взаємодія і коли власний обсяг молекул газу малий у порівнянні з об'ємом газу.
Поблизу точки конденсації (при високому тиску і низькій температурі) властивість газів значно відрізняється від властивостей ідеального газу. У цих випадках говорять про реальні газах.
Рівняння стану для 1-го моля ідеального газу (Vm - молярний об'єм) видозмінюється в разі реальних газів.
Для реальних газів необхідний облік власного обсягу молекул. Наявність сил відштовхування, які протидіють проникненню в зайнятий молекулою обсяг інших молекул, зводиться до того, що фактичний вільний обсяг, в якому можуть рухатися молекули реального газу, буде не Vm. а Vm - b. b - обсяг, займаний самими молекулами. Обсяг b дорівнює учетверенному власним обсягом молекул.
Дія сил тяжіння газу призводить до появи додаткового тиску на газ, званого внутрішнім тиском. За обчисленнями Ван-дер-Ваальса, внутрішній тиск обернено пропорційно квадрату молярного об'єму, т. Е.
де a - постійна Ван-дер-Ваальса, що характеризує сили міжмолекулярної тяжіння.
Вводячи поправки в рівняння для ідеального газу, отримаємо рівняння Ван-дер-Ваальса для 1-го моля газу
З огляду на, що, одержимо рівняння для довільної кількості речовини:
Поправки Ван-дер-Ваальса (a і b) є постійними для кожного газу величинами. Для їх визначення записують рівняння для двох відомих з досвіду станів газу і вирішуються щодо a і b.
Рівняння (9.45) можна записати у вигляді
При заданих p і T - це рівняння третього ступеня щодо Vm. отже, воно може мати або три речових кореня, або один речовий і два уявних, причому фізичний зміст мають лише речові позитивні коріння.
Изотермами Ван-дер-Ваальса називаються криві залежності p від Vm при заданих T, що визначаються рівнянням Ван-дер-Ваальса для благаючи газу.
При деякій температурі Tk - критичної температури - на изотерме (рис. 9.11) тільки одна точка перегину (в цій точці дотична до неї паралельна осі абсцис). Точка K - критична точка. відповідні цій точці обсяг Vk і тиск pk називаються також критичними. Ізотерма при Tk називається критичною ізотермою.
При високій температурі (T> Tk) ізотерма реального газу відрізняється від ізотерми ідеального газу тільки деяким спотворенням її форми, залишаючись монотонно спадає кривої. При низькій температурі (T Ізотермам при низькій температурі (T Розглянемо ізотерми при T Мал. 9.12 Рис. 9.13 На ділянках 1-3 і 5-7 при зменшенні обсягу Vm тиск p зростає. На ділянці 3-5 стиснення речовини призводить до зменшення тиску; практика ж показує, що такі стани в природі не здійснюються. Наявність ділянки 3-5 означає, що при поступовому зміні обсягу речовина не може залишатися весь час у вигляді однорідного середовища; в певний момент має настати стрибкоподібне зміна стану і розпад речовини на дві фази. Таким чином, справжня ізотерма має вигляд ламаної лінії 7-6-2-1. Частина 7-6 відповідає газоподібному стану, а частина 2-1 - рідкому. У станах, відповідних горизонтальному ділянці ізотерми 6-2, спостерігається рівновага рідкої і газоподібної фаз речовини. Якщо через крайні точки горизонтальних ділянок сімейства ізотерм провести лінію, то вийде колокообразная крива (рис. 9.13), що обмежує область двофазних станів речовини. Ця крива і критична ізотерма ділять діаграму p, Vm під изотермой на три області: під колокообразной кривої розташовується область двофазних станів (рідина і насичений пар), ліворуч від неї знаходиться область рідкого стану, а праворуч - область пара. Пар - речовина, що знаходиться в газоподібному стані при температурі нижче критичної. Насичена пара - пара, що знаходиться в рівновазі зі своєю рідиною. 1. Газ здійснює над межують з ним тілами негативну роботу. Що відбувається при цьому з об'ємом газу? 2. Чи може трапиться, що газ отримує теплоту, а його внутрішня енергія зменшується? 3. Чи змінюється внутрішня енергія ідеального газу при ізотермічному розширенні? 4. Чи завжди справедливе співвідношення Cp - CV = R? 5. В ході якого процесу робота, що здійснюються тілом, пропорційна зміні його обсягу? 6. Чому дорівнює робота, що здійснюються в ізохоричному процесі? 7. В ході якого процесу робота, що здійснюються тілом, дорівнює убутку внутрішньої енергії? 8. Що таке вічний двигун другого роду? 9. Чи може ентропія спадати в ході незворотного процесу? 10. Які величини, якими нехтують, розглядаючи ідеальні гази, враховує рівняння Ван-дер-Ваальса? Завдання до голів 8, 9 1. Розглянемо модель ідеального газу, укладеного в посудину. Завищені або занижені в порівнянні з реальним газом (при заданих V і Т) значення: а) внутрішньої енергії; б) тиску газу на стінку посудини? 2. Внутрішня енергія деякого газу 55 МДж, причому на частку енергії обертального руху припадає 22 МДж. Скільки атомів в молекулі даного газу? 3. Молекули якого з перерахованих газів, що входять до складу повітря, в рівноважному стані володіють найбільшою середньою арифметичною швидкістю? 1) N2; 2) О2; 3) H2; 4) CO2. 4. Деякий газ з незмінною масою перекладається з одного рівноважного стану в інший. Чи змінюється в розподілі молекул за швидкостями: а) положення максимуму кривої Максвела; б) площа під цією кривої? 5. Обсяг газу збільшується, а температура зменшується. Як змінюється тиск? Маса постійна. 6. При адіабатні розширенні газу обсяг його изме-вується від V1 до V2. Порівняти відносини тисків (p1 / p2), якщо газ: а) одноатомний; б) двоатомний. 7. Аеростат з еластичною герметичною оболонкою піднімається в атмосфері. Температура і тиск повітря зменшуються з висотою. Чи залежить підйомна сила аеростата: а) від тиску повітря; б) від температури? 8. На малюнку зображено адіабати для двох газів H2 і Ar. Вказати які графіки відповідають H2. 1) I, III; 2) I, IV; 3) II, III; 4) II, IV. 9. Порівняти роботи розширення газу при ізотермічному зміні обсягу від 1 до 2 м 3 і від 2 до 4 м 3. 10. Газ, розширюючись, переходить з одного і того ж стану з об'ємом V1 до об'єму V2. а) ізобарно; б) адіабатно; в) ізотермічні. У яких процесах газ робить найменшу і найбільшу роботи? 11. Який із зазначених газів при кімнатній температурі має найбільшу питому теплоємність? 12. Як змінюється внутрішня енергія газу в процесах розширення: а) в изобарном; б) в адіабатні? 13. Дан невідомий газ. Чи можна дізнатися, який це газ, якщо задані: а) p. V. T. m; б) p. T. r; в) g, СV. До газу може бути застосована класична теорія теплоємності. 14. Визначити знаки молярної теплоємності газу (m = const, молекули газу жорсткі) в процесі, для якого T 2 V = const, якщо газ: а) одноатомний; б) двоатомний. 15. Перейдемо від моделі ідеального газу до моделі, в якій враховуються сили тяжіння між молекулами. Як змінюються молярні теплоємності CV і Cp при заданих V і T? 16. Ідеальний газ, що містить N молекул, розширюється при постійній температурі. За яким законом збільшується число микросостояний газу w. 1) w lnV; 4) не наведено вірного співвідношення.Схожі статті