МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА.

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И

ТЕРМОДИНАМИКА.

Лекция №4.Реальные газы

План:

1. Отклонение свойств газов от идеальных.

2. Уравнение Ван дер Ваальса.

3. Изотермы Ван дер Ваальса. Метастабильные состояния.

4. Экспериментальные изотермы.

5. Внутренняя энергия газа Ван дер Ваальса.

6. Эффект Джоуля-Томсона.

Отклонение свойств газов от идеальных

При высоких давлениях в газах не выполняется уравнение Клапейрона:

pV

V

T

constT

pV Изотермическая сжимаемость :

Tp

V

V

1

Для идеального газа:

RTpV p

V

p

V

T

p

1

r0U

r0

Umin

kTU min kTU min kTU min

Газ Жидкость Твердое тело

Уравнение Ван дер Ваальса

Иоганнес ДидерикВан дер Ваальс

(1843-1923)

Поправки в уравнение состояния идеального газа:

bVVдост

Поправка на исключенный объем:

Поправка на внутреннее давление:

2V

apдоб

RTbVV

ap

2

Уравнение Ван дер Ваальса

Изотермы Ван-дер-Ваальса. Метастабильные состояния.

А’А

D’

D

C

B

A’A – газообразное состояние

D’D – жидкое состояние

AB – переохлажденный пар

CD – перегретая жидкость

Метастабильные состояния

227b

apкр

Rb

aTкр 27

8

bV молкр 3

кркркр RTVp8

3

Экспериментальные изотермы

Внутренняя энергия газа Ван дер Ваальса

пк EEU Внутренняя энергия газа

TСE Vк Кинетическая энергия

dVpdEdA iп Элементарная работа сил взаимодействия

2V

api Добавочное давление

2V

adVdEп

constV

a

V

adVEп 2

00 пEconstПотенциальная энергия молекул при

V

V

aTСEEU Vпк

Эффект Джоуля-Томсона

p1, V1, T1

p2, V2, T2

221112 VpVpUU

222111 VpUVpU

Изменение внутренней энергии газа

HpVU Энтальпия

12 VV Пусть

222111

1 VpTCVpV

aTC VV

121

11

1 2TCTRC

V

aVbV

RTVV

1211

11

1 2TRCTRCRT

V

aVbV

RTVV

11

112

21

V

a

bV

bRT

RCTT

V

крi T

bRV

bVaT 6

2

1

1

Температура инверсии

Сжижение газов

Установка для сжижения газов с применением эффекта Джоуля-Томсона

ХейкеКамерлинг-Оннес

(1853-1926)

Сжижение газов

Поршневой детандер

Турбодетандер

Петр ЛеонидовичКапица

(1894-1984)

Установка для сжижения газов с применением детандера