11 15 Реальный газ Уравнение Ван-Дер-Ваальса

§ 11. 15. Реальный газ. Уравнение Ван-Дер-Ваальса

Реальный газ ОПЫТ: при р=1000 атм 1) Собственный размер молекул ? ? ? При р=100 атм 70% объема занимают сами молекулы U 2) Сложный характер взаимодействия между молекулами Fотталк Fпритяж

Уравнение состояния газа Ван-дер-Ваальса a, b - постоянные Ван. Дер Ваальса (для каждого газа свои), «внутреннее» давление обусловлено силами притяжения: а)диполь-дипольного; б)индукционного; в)дисперсионного собственный объем молекул (м 3/моль) Давление на стенку реального газа р уменьшается из-за сил притяжения

Природа сила притяжения между молекулами + + - - а) диполь-дипольное (ориентационное) взаимодействие - + - б) индукционное взаимодействие в) дисперсионное взаимодействие: флуктуации электронной плотности образуют мгновенные диполи, которые индуцируют мгновенные диполи у соседних молекул

Изотермы Ван-Дер-Ваальса При Т→∞ изотерма газа ВДВ близка к изотерме идеального газа Т 1

Фазовые переходы • Фаза- физически и химически однородная часть вещества, отделенная от других частей системы границей раздела (вода и пар). Р Pнас Жидкая фаза Жидкость + газ (влажный пар) P растет P =Рнас газ V • Фазовый переход (например, из газообразного в жидкое состояние) совершается изотермически и постоянном давлении Р=Рнас.

Экспериментальные изотермы реального газа • Двухфазная область не может существовать при давлениях, больших критического • Газ при температурах Т>Ткр никаким давлением не может быть приведен в жидкое состояние (Ркр, Ткр)

Метастабильные состояния • Достигаются при медленном сжатии тщательно очищенного газа • Неравновесные состояния – даже очень небольшие возмущения приводят к распаду вещества на 2 фазы Р Пересыщенный пар Используется в камере Вильсона газ V Перегретая жидкость Используется в пузырьковой камере

Снимок из пузырьковой камеры

• Испарением называется процесс парообразования, происходящий со свободной поверхности жидкости. • Кипением называется интенсивное испарение жидкости, происходящее не только с ее поверхности, но и во всем объеме внутрь пузырьков пара.

Фазовые переходы • ФП 1 рода – сопровождаются теплотой перехода (количество тепла, которое необходимо сообщить веществу, чтобы изотермически-изобарически перевести его из одной фазы в другую): • теплотой испарения (конденсации), Дж/кг; • теплотой плавления (кристаллизации).

• ФП 2 рода – происходят без теплообмена: изменение кристаллической модификации, переход в сверхпроводящее и сверхтекучее состояние, ферромагнетизма в парамагнетизм.

Диаграмма состояний (фазовая диаграмма) графическоеизображение всех возможных состояний термодинамической системы в пространстве основных параметров состояния : температуры Т и давления р • ДС строят экспериментально для разных веществ

Жидкие кристаллы (ЖК) вещества, обладающие одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия) • По структуре ЖК представляют собой жидкости, похожие на желе, состоящие из молекул вытянутой формы • Наиболее характерным свойством ЖК является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей

Одно из применений ЖК – экраны мониторов ПК, телефонов и пр.

Одно из важных направлений использования жидких кристаллов — термография. Подбирая состав жидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов температуры и для различных конструкций. • ЖК гель, зажатый в стакане

В ячейке стандартного ЖК-монитора слои жидких кристаллов находятся между двумя поляризационными фильтрами. В нормальном состоянии кристаллы не пропускают свет, но после подачи напряжения они выстраиваются таким образом, что свет начинает проходить. Для сохранения такого состояния ячейки требуется 50 -60 раз в секунду организовывать обновления – подавать напряжение повторно. Транзисторы в управляющей схеме стоят дорого и потребляют значительное количество электроэнергии.

• Новая технология построения ЖК-мониторов основана на любопытном эффекте, обнаруженном инженерами. Жидкие кристаллы, будучи помещенными в полимерные «столбики» диаметром менее микрометра, после воздействия электрического напряжения могут занимать два устойчивых состояния – горизонтальное (соответствует темному пикселу) и наклонное (соответствует яркому пикселу), причем это состояние сохраняется без дальнейшего электрического воздействия – таким образом, устраняется необходимость в регенерации изображения. HP назвала новую технологию aligned bistable nematic (PABN) LCD.

Интернет -тестирование • Давление газа, находящегося в закрытом сосуде при некоторой температуре, можно рассчитать и как для идеального газа по уравнению Менделеева. Клапейрона, и как для реального газа по уравнению Ван-дер-Ваальса. Анализ показывает, что … Всегда Рреал<Рид Рреал>Рид Рреал=Рид отношение давлений зависит от температуры и концентрации молекул

Упражнение 2 На рисунке представлен набор экспериментальных изотерм реального газа. Область, в которой пар находится в динамическом равновесии с жидкостью, обозначена цифрой 2