6.25 Реальні гази. Рівняння Ван-дер-Ваальса та його аналіз. Зрідження газів

При низькій температурі і високому тискові має спостерігається відхилення газових процесів від законів ідеального газу. Газ стає реальним. Тепер необхідно враховувати: 1) власний об’єм молекул, наприклад, при тискові 100 ат вони займають (1÷2)%; 2) сили взаємодії між молекулами, головним чином сили притягування. Сили відштовхування проявляються на значно менших відстанях, що має місце в твердих тілах. За рахунок цих сил реальний газ уже стиснутий внутрішніми силами.

Враховуючи ці фактори, нідерландський фізик Ван-дер-Ваальс у 1873 р. вивів рівняння стану реального газу. Для 1 моля воно має вид

(6.74)

Тут:    – константи, Рі – внутрішній тиск, Vм – об’єм 1 моля газу, n – концентрація, vo – об’єм однієї молекули. Поправка b враховує власний об’єм молекул, за рахунок чого об’єм, доступний для молекул фактично менший, ніж об’єм посудини. Тому ця поправка віднімається із об’єму.Щоб записати рівняння для довільної кількості газу, необхідно в (6.74) замінити

Щоб записати рівняння для довільної кількості газу, необхідно в (6.74) замінити

(6.75)

Експериментальні ізотерми реального газу зображені на рис.6.35. Рівняння (6.75) добре описує ці криві, за винятком горизонтального участку конденсації (пунктирна лінія). При зменшенні об’єму реального газу його тиск зростає. В певному стані (точки с) починається конденсація. Виникає рідина і тиск дорівнює тискові насиченої пари. При незмінній температурі він залишається сталим, поки вся пара не перейде в рідку фазу (точки d). З ростом температури ділянка cd конденсації скорочується і при критичній температурі ТК вироджується в точку. Стан, який їй відповідає, називається критичним, коли в рівновазі знаходяться всі три фази: тверда, рідка і газоподібна. Параметри цього стану TК, PК, VК для різних речовин різні. Наприклад, для води:   VК = 56 м3/моль, PК = 218 ат, TК = 374оС. При Т > TК рідка фаза не існує при будь-якому тиску. Отже, для зрідження газу шляхом його стискання необхідно знизити температуру нижче за критичну.

Лінія, яка з’єднує точки c початку і точки d кінця конденсації (рис.6.36) разом з ізотермою при критичній температурі ТК поділяє Р-V – діаграму на чотири області: 1) газ; 2) ненасичена пара; 3) насичена пара + рідина; 4) рідина.

 

You must be logged in to post a comment.

Фізика