Реальные газы Экспериментальные изотермы. Критическая точка
Скачать 282.67 Kb.
|
Глава 3. Реальные газы3.1. Экспериментальные изотермы. Критическая точкаРеальные газы отличаются от идеальных тем, что молекулы этих газов имеют конечные собственные объемы и связаны между собой сложными силами взаимодействия. При высоких давлениях и достаточно низких температурах реальные газы конденсируются, т. е. переходят в жидкое состояние, чего принципиально не может быть с идеальными газами. В 1861 году ирландский физико-химик Т. Эндрюс экспериментально исследовал зависимость давления углекислого газа от объема при изотермическом сжатии. На рис. 47 схематично представлены результаты опытов, подобных опытам Т. Эндрюса. Рассмотрим изотерму АВСD.  Р и с. 47 На участке ^ уменьшение объема, занятого газом, сопровождается увеличением давления сначала обратно пропорционально объему, затем все медленнее. В точке В начинается конденсация газа и продолжается при постоянном давлении, называемом давлением насыщенных паров, до точки С. В точке С процесс конденсации газа заканчивается, при дальнейшем уме-ньшении объема осуществляется сжатие жидкости (участок СD), сопровождающееся быстрым ростом давления, свидетельствующее о том, что жидкость слабо сжимаема. При уменьшении давления, действующего на жидкость, вещество пройдет те же состояния в обратном порядке: оно расширится по пути DС до точки кипения, произойдет испарение (путь СВ), а затем получившийся пар расширится до исходного давления (точка А). На участке ВС не только давление, но и температура постоянны. Крайним точкам отрезка ^ соответствуют однофазные состояния вещества: точке С (объем  ) – жидкое, а точке В (объем  ) – газообразное. В промежуточном двухфазном состоянии с объемом V часть вещества с количеством молей  находится в жидком, а часть с количеством молей  – в газообразном состоянии. Определим отношение количества молей жидкой и газообразной фаз в объеме  .Объем одного моля жидкой и газообразной фаз вещества соответственно равны:   . (3.1.1)Объем V содержит молей жидкой фазы и молей газообразной фазы, поэтому этот объем можно представить в виде суммы объемов жидкой и газообразной фаз следующим образом: . (3.1.2)После простых преобразований из выражения (3.1.2) находим искомое отношение  . (3.1.3)Умножая числитель и знаменатель левой части выражения (3.1.3) на молярную массу  вещества, получим аналогичное отношение для масс жидкой и газообразной фаз: . (3.1.4)Таким образом, отношение масс жидкости и насыщенного пара в произвольном двухфазном состоянии определяемом объемом , равно отношению отрезков, на которое делит участок ВС точка, соответствующая объему (рис. 47). Из формулы (3.1.4) легко видеть, что, чем ближе значение молярного объема к , тем большая часть вещества находится в жидком состоянии и тем меньшая – в газообразном. И, наоборот, чем ближе объем к , тем большая часть вещества находится в газообразном состоянии, и тем меньшая его часть приходится на жидкость.На рис. 47 представлены изотермы газа при различных температурах  Из рисунка видно, что с ростом температуры горизонтальный участок, соответствующий двухфазному состоянию вещества, уменьшается и при некоторой температуре  , называемой критической, стягивается в точку  . Изотерма, соответствующая температуре , называется критической изотермой, точка которой является точкой перегиба.Из рис. 47 также видно, что с ростом температуры растет молярный объем  , занимаемый жидкостью, что равносильно уменьшению ее плотности  . И, наоборот, с ростом температуры уменьшается молярный объем , занимаемый газом, что равнозначно увеличению его плотности  . В критическом состоянии  и  т. е. в состоянии, определяемом критическими параметрами  , исчезает всякое различие между жидкостью и ее насыщенным паром.При температурах, больших критической, отсутствует область двухфазных состояний, вещество находится в газообразном состоянии. Это объясняется тем, что при температурах  , кинетическая энергия поступательного движения молекул намного больше потенциальной энергии их взаимодействия и, естественно, вещество в таких условиях может находиться только в виде газа. Следовательно, даже сверхвысокими давлениями невозможно газ перевести в жидкое состояние, если его температура выше критической. Поэтому в XIX в. потерпели неудачу первые попытки сжижения некоторых газов, так как комнатная температура, при которой начиналось их сжатие, была значительно больше критической температуры. В качестве примера приведем экспериментальные значения критической температуры для некоторых веществ: для воды  для углекислого газа  , для кислорода  , для азота  для водорода  , для гелия  . Как видно из приведенных чисел, выбор Т. Эндрюсом углекислого газа для опытов был весьма удачен.Если соединить между собой левые концы горизонтальных участков опытных изотерм, соответствующих двухфазному состоянию вещества, а затем то же самое проделать с правыми концами, то получится колокольного вида кривая АKВ, которая совместно с частью DK критической изотермы разделит плоскость  на три области (рис. 48). Р и с. 48 Пограничная кривая AK, называемая кривой кипения, отделяет однофазную область 1 жидкого состояния вещества от двухфазной области 2 насыщенного пара. Пограничная кривая конденсации BK отделяет двухфазную область 2 от однофазной области 3 газообразного состояния вещества. При давлениях, больших критического  , отсутствует область двухфазного состояния. Вещество в этом случае может находиться или в газообразном или в жидком состоянии. Границей между ними служит часть DK критической изотермы.Наличие критической изотермы четко показывает, что между жидким и газообразным состояниями вещества нет принципиального качественного различия. В самом деле, из газообразного состояния  вещество можно перевести в жидкое состояние  , по пути  минуя область 2 двухфазного состояния (рис. 48). При этом нигде не будет происходить скачкообразное изменение состояния, вещество будет на всем пути перехода однородным. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | ... | | Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов и некоторое количество примесей |
| Экспериментальные методики патопсихологии. — М.: Зао изд-во эксмо-пресс, 1999. — 448 с. (Серия «Мир психологии») | | |
| Устойчивое и неустойчивое упругое равновесие. Критическая сила. Критическое напряжение. Гибкость стержня | | С 19 по 21 апреля 2014 года в Омске состоится III международный фестиваль современного танца «Точка» |
| Точка движется к центру спирали с постоянной скоростью. При этом величина нормального ускорения an: an = V2 / Rкрив | | Кровь жидкость, циркулирующая в кровеносной системе и переносящая газы и другие растворенные вещества, необходимые для метаболизма... |
| | Экспериментальные психофизиологические и нейропсихологические исследования интенсивного дыхания |