Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Экспериментальные изотермы. Критические состояния
Уравнение Ван-дер-Ваальса – алгебраическое уравнение третьей степени относительно объема. Для одного моля газа . Раскрыв скобки и расположив члены уравнения по убывающим степеням объема, можно записать последнее в следующем виде: . (9.2.1) Это уравнение третьей степени относительно объема и, следовательно, при данных р и Т оно может иметь или три вещественных корня, или один вещественный и два комплексно-сопряженных корня, не имеющих физического смысла. Это зависит от соотношения между коэффициентами. При низких температурах уравнение имеет три вещественных корня и график p=f(V) имеет вид, изображенный на рис. 9.3. Для того чтобы получить изотерму опытным путем, нужно взять вещество в газообразном состоянии, поместить его в сосуд с перемещающимся поршнем и начать медленно сжимать, делая одновременно отсчеты давления и объема, а также, следя за тем, чтобы температура вещества оставалась постоянной. Результат подобного опыта дан на рис. 9.3 (линия 1-2-3-4). Вначале с уменьшением объема давление газа растет, причем ход изотермы хорошо описывается уравнением Ван-дер-Ваальса (9.2.1) (на рис. 9.3 линия 1-2). Однако, начиная с некоторого объема V3, экспериментальная изотерма перестает следовать уравнению (9.2.1) (на рис. 9.3 линия 2-А). Состояние 2 –А (пересыщенный пар) создается при сжатии газа, в котором отсутствуют центры конденсации (пылинки, электрические заряды и пр.). Начиная с этого значения объема, давление в сосуде перестает изменяться, само вещество перестает быть однородным, часть газа конденсируется в жидкость. Происходит расслоение вещества на две фазы: жидкую и газообразную (на рис. 9.3 линия 2-3). По мере дальнейшего уменьшения объема все большая часть вещества переходит в жидкую фазу, причем переход осуществляется при постоянном давлении, обозначенном на рисунке рнп. Состояние 3-В (перегретая жидкость) возникает с уменьшением давления жидкости при отсутствии центров парообразования. После того, как процесс конденсации вещества в жидкость заканчивается при V=V1, дальнейшее уменьшение объема сопровождается быстрым ростом давления. При этом ход изотермы снова примерно следует уравнению (9.2.1). Вещество в состояниях, соответствующих этому участку изотермы, снова будет однородным, но представляет собой не газ, а жидкость (на рис. 9.3 линия 3-4).
Таким образом, уравнение Ван-дер-Ваальса описывает не только газообразное состояние вещества, но охватывает также процесс перехода в жидкое состояние и процесс сжатия жидкости. Сопоставление экспериментальной изотермы (рис. 9.4) с теоретической изотермой Ван-дер-Ваальса дает, что эти изотермы довольно хорошо совпадают на участках, отвечающих однофазным состояниям вещества, но ведут себя совершенно различным образом в области расслоения на две фазы. Вместо S-образного завитка на изотерме Ван-дер-Ваальса экспериментальная изотерма имеет в этой области прямолинейный горизонтальный участок (рис. 9.4). В состояниях, соответствующих горизонтальному участку изотермы, наблюдается равновесие между жидкой и газообразной фазами вещества. Газ, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром. Давление рнп, при котором может существовать равновесие при данной температуре, называется давлением насыщенного пара. Опыт показывает, что с повышением температуры (T¢<T¢¢<T¢¢¢<Tк) горизонтальный участок изотермы сокращается и при некоторой температуре он стягивается в точку. Называется эта температура критической (рис. 9.4). При этом уменьшается различие в удельных объемах, а, следовательно, и в плотностях жидкости и насыщенного пара. При критической температуре это различие исчезает. Одновременно исчезает всякое различие между жидкостью и паром. Если провести линию через крайние точки горизонтальных участков изотерм, получается колокообразная кривая, ограничивающая область двухфазных состояний вещества. Колокообразная кривая и участок критической изотермы, лежащий слева от точки К делит диаграммы (pV) на три области (рис. 9.5). Наклонной штриховкой помечена область однородных жидких состояний. Под колокообразной кривой располагается область двухфазных состояний и область, лежащая справа от колокообразной кривой и верхней ветви критической изотермы, представляет собой область однородных газообразных состояний вещества. Особо следует отметить область, лежащую под правой ветвью критической изотермы – область пара (рис. 9.5).
Состояние вещества в этой области отличается от остальных газообразных состояний в том отношении, что при изотермическом сжатии вещество, находящееся в этом состоянии, претерпевает процесс сжижения. Вещество, находящееся в газообразном состоянии при температуре выше критической, не может быть сжижено никаким сжатием. Рассмотрим изотермы, построенные на основании уравнения Ван-дер-Ваальса для нескольких значений температуры (рис. 9.6). Расчеты показывают, что при температуре T¢ коэффициенты в уравнении (9.2.1) таковы, что все три решения уравнения оказываются вещественными. С повышением температуры различие между тремя вещественными решениями уравнения (9.2.1) уменьшаются. Начиная с определенной, своей для каждого вещества, температуры Ткр, при любом давлении вещественным остается только одно решение, соответствующее точке К. Температура называется критической температурой. Точка К называется критической точкой. Для соответствующей изотермы точка К служит точкой перегиба. Ей соответствуют три совпадающих вещественных решения уравнения (9.2.1). Касательная к критической изотерме в точке К является пределом, к которому стремятся секущие p¢ и p¢¢ при приближении температуры к критической. Следовательно, эта касательная, как и все секущие параллельна оси V так, что производная в точке К равна нулю. Кроме того, в точке перегиба должна быть равна нулю и вторая производная . Запишем уравнение (9.2.1) в виде . (9.2.2) Дифференцирование этого выражения по V дает ; . В критической точке при Т=Ткр и V=Vкр эти выражения обращаются в ноль: ; . Соответствующие значения и ркр носят название критического объема и критического давления для данного вещества. Из уравнения (9.2.2) находим . Решая систему трех уравнений с тремя неизвестными Vкр, pкр и Ткр, получим Vкр = 3b; pкр = ; Ткр = . Таким образом, зная константы Ван-дер-Ваальса a и b, можно найти соответствующие критической точке Vкр, pкр и Ткр, которые называют критическими величинами. И наоборот, по известным критическим величинам могут быть найдены значения констант Ван-дер-Ваальса.
|
||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-12-30; просмотров: 688; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.17.28.48 (0.009 с.) |