Билет №29. Изотермы реального газа. Двухфазные состояния. Внутренняя энергия реального газа.
Внутренняя энергия реального газа, в отличие от идеального, дополнительно включает потенциальную энергию межмолекулярного взаимодействия. При этом соотношение между потенциальной энергией взаимодействия двух соседних молекул UM и кинетической энергией теплового движения молекулы, равной по порядку величины kТ,определяетсостояниевещества.ЕслиUM«kT,товзаимодействиемТ, определяет состояние вещества. Если UM«kТ,определяетсостояниевещества.ЕслиUM«kT,товзаимодействиемT, то взаимодействием можно пренебречь – вещество находится в газообразном состоянии. Если UM ›› kТ,определяетсостояниевещества.ЕслиUM«kT,товзаимодействиемT, то вещество твердое. Если UM ≈ kТ,определяетсостояниевещества.ЕслиUM«kT,товзаимодействиемT, то вещество – в жидком состоянии.
Силы взаимодействия реального газа имеют электрическое или электромагнитное
происхождения. Они определяются внутренним давлением pвнутр− av2 . В свою очередь, |
|||
|
|
|
V 2 |
дополнительную внутреннюю энергию U' реального газа можно связать с работой сил |
|||
внутреннего давления |
|
|
|
d U'=dA= pвнутр dV = av2 dV |
(3.2.67) |
||
|
|
V 2 |
|
Интегрирование дает |
|
|
|
' a v2 |
|
(3.2.68) |
|
U = V |
|
||
|
|
||
Откуда для полной внутренней энергии ν молей реального газа, имеем |
|||
|
' |
a v2 |
|
U =ν CV T +U |
=νCV T − V |
(3.2.69) |
|
|
|
|
|
Из выражения (3.2.69) следует, что внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса зависит не только от его температуры, как в случае с идеальным газом, но и от объема, занимаемого им. По этой причине при изотермическом процессе в газе Ван-дер-Ваальса изменяется его внутренняя энергия, и следовательно, подведенная к газу теплота не равна совершенной им работе.
Изотерма реального газа представляет собой зависимость молярного объема газа от давления при постоянной температуре. До критические изотермы содержат три участка и являются кривыми непрерывного перехода вещества из газообразного состояния в жидкое (рис. 71).
Рис. 71 Изотермы Ван-дер-Ваальса
Участок ТС соответствует газообразному состоянию вещества; СВ – переходу из газообразного состояния в жидкое, ВА – жидкому состоянию. Точка В соответствует состоянию кипящей жидкости, С – сухого насыщенного пара, Р – перегретого пара.
Влажный пар представляет собой смесь кипящей жидкости и сухого пара, т.е. вещество находится в двухфазном состоянии, тогда как газ и жидкость находятся в однофазном состоянии.
Фаза – совокупность всех частей системы, обладающих одинаковым химическим составом и находящихся в одинаковом термодинамическом состоянии.
При Т = Ткрит разность объемов сухого насыщенного пара и жидкости становится равной нулю и горизонтальный участок превращается в точку К (критическая точка). Промежуточная двухфазная область перестает существовать, стирается различие между жидкостью и газом.
Параметры р, V, Т в критической точке называются критическими и обозначаются pK ,V OK ,T K
.