Реальні гази
Як ми бачили, ідеальний газ – це спрощена модель реальних газів. У цій моделі не враховуються обсяг молекул і сили взаємодії між ними. Тим часом молекули реальних газів займають певний об’єм і взаємодіють між собою. При великих тисках і низьких температурах стає помітним вплив власних обсягів молекул і сил взаємодії між ними. За цих умов рівняння Клапейрона-Менделєєва і закони Бойля-Маріотта, Гей-Люссака, Шарля непридатні для опису стану реальних газів.
У 1873 р голландський фізик І. Ван дер-Ваальса ввів у рівняння Клапейрона-Менделєєва поправки на розмір молекул і на дію сил тяжіння між ними. І. Ван-дер-Ваальса запропонував модель реального газу, в якій молекули приймаються за тверді кульки діаметром d і займають хоч малий, але деякий обсяг. Молекули не тільки відштовхуються при зіткненнях, але ще й притягуються один до одного порівняно слабкими силами на відстанях, порівнянних з розмірами молекул.
Запишемо рівняння Клапейрона-Менделєєва для одного моля ідеального газу (m = M)
Де – молярний об’єм газу.
Облік власного обсягу молекул призводить до того, що фактичний вільний об’єм, в якому можуть рухатися молекули реального газу, буде не, a (- b), де постійна b дорівнює приблизно учетверенному власним обсягом молекул.
Дія сил притягання між молекулами реального газу призводить до появи додаткового тиску на газ. При наближенні деякої молекули до стінки судини всі інші молекули виявляються по одну сторону від неї і рівнодіюча сил тяжіння, що діють на цю молекулу, виявляється спрямованої від стінки судини всередину газу. Це призводить до того, що зменшується імпульс, переданий молекулою стінці судини. В результаті тиск газу p на стінки посудини зменшується в порівнянні з тим, яким воно було б у відсутність сил тяжіння. При повільному стисканні газу температура його не змінюється (процес ізотермічний) і тиск газу збільшується відповідно до закону Бойля-Маріотта. На графіку ця стадія досвіду зображена кривою 1-2. Але, починаючи з деякого об’єму, подальше зменшення обсягу газу вже не призводить до збільшення тиску, а на стінках циліндра з’являються крапельки рідини. При цьому знаходяться одночасно газ і рідина мають однакову температуру і знаходяться під однаковим тиском, тобто знаходяться в термодинамічній рівновазі.
Газ, що знаходиться в термодинамічній рівновазі зі своєю рідиною, називається насиченою парою.
Таким чином, ділянка ізотерми 2-3 відповідає насиченому пару над рідиною (двофазна середовище). Коли весь газ перетвориться в рідину, подальше зменшення обсягу приводить до різкого зростання тиску (ділянка кривої 3-4), оскільки молекули в рідині упаковані досить щільно і її стисливість мала.
Вся крива 1-2-3-4 називається ізотермою реального газу.
Таким чином, ізотерми реального газу помітно відрізняються від ізотерм ідеального газу наявністю у них горизонтальних ділянок, відповідних області існування двухфазной системи.
Отже, основна відмінність реальних газів від ідеального полягає в тому, що реальний газ може бути перетворений в рідину.
(2 votes, average: 5.00 out of 5)