Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса.

По мере увеличения плотности газа его свойства все более отклоняются от свойств идеального газа и, в конце концов, наступает его конденсация в жидкость. Эти явления связаны со сложными молекулярными взаимодействиями, и нет способа, которым можно было бы учесть эти взаимодействия количественным образом, с тем, чтобы теоретически построить точное уравнение состояния вещества.

Характер взаимодействия молекул. Быстро возрастающие на малых расстояниях силы отталкивания. Другое основное свойство взаимодействия заключается в притяжении на больших расстояниях. Это притяжение очень существенно, поскольку именно оно приводит к конденсации газа в жидкость.

Учет ограниченной сжимаемости газа.

.

Исследовать поведение газа, описываемого уравнением Ван-дер-Ваальса, путем анализа изотермы – кривой зависимости р от V при заданных значениях Т. Уравнение Ван-дер-Ваальса можно переписать в виде

V^3-(b+RT/p)V^2+(a/p)V-(ab/p)=0

a-силы молекулярного притяжения

b-размер молекул

Поэтому заданным значениям температуры и давления по уравнению Ван-дер-Ваальса соответствуют либо три различных, либо одно значение объема.

Второй случай всегда имеет место при достаточно высоких температурах. Соответствующие изотермы отличаются от изотерм идеального газа лишь некоторым искажением их формы, но остаются монотонно спадающими кривыми.

На рис. 8 изображена одна из таких изотерм. Следует выяснить, какой смысл имеют различные ее участки. На участках ge и са зависимость давления от объема имеет нормальный характер – давление возрастает при уменьшении объема. Участок же се соответствовал бы неестественному положению, когда сжатие вещества приводило бы к уменьшению давления. Однако, такие состояния вообще не могут осуществляться в природе. Действительно, пусть существует вещество с такими свойствами и пусть какой-либо маленький участок его случайно сжался, хотя бы в результате флуктуации. Тогда его давление тоже уменьшится, т. е. станет меньше давления окружающей среды, что в свою очередь вызовет дальнейшее сжатие и т. д., т. е. данный маленький участок будет продолжать сжиматься с возрастающей скоростью. Это значит, что рассматриваемые состояния вещества были бы совершенно неустойчивыми и потому не могут быть осуществлены в действительности.

Что касается участков изотермы bс и ef, то они отвечают так называемым метастабильным состояниям – переохлажденному пару и перегретой жидкости.

ОСТАЛЬНОЕ ГУГЛИ

Неравновесные процессы.

процессы, с помощью которых происходит установление состояния равновесия. Такие процессы называют кинетическими. Формальная сторона вопроса станет ясной при рассмотрении конкретных процессов. Наконец, следует отметить, что по своей сути все эти процессы, как приближающие тело к состоянию равновесия, являются необратимыми.

Диффузия.

Если концентрация какого-либо раствора различна в разных его местах, то благодаря тепловому движению молекул он с течением времени перемешивается: растворенное вещество переходит из мест с большей в места с меньшей концентрацией до тех пор, пока состав раствора не станет одинаковым по всему его объему. Этот процесс называется диффузией.

Пусть для простоты концентрация раствора c меняется только вдоль одного направления, соответствующего оси х. Количество растворенного вещества, переходящее в единицу времени через перпендикулярную оси х поверхность единичной площади, обычно называется диффузионным потоком j.

Пусть j – число молекул растворенного вещества, проходящего в 1 сек через 1 м². Тогда [j] = 1/сек×м². Концентрация же есть число растворенных молекул в 1 м³ и ее размерность [с]= = 1/ м^-3. Сравнение размерности с обеих сторон равенства j = – Ddc/dx,

Процесс диффузии подразумевает, что она происходит в покоящейся среде, так что выравнивание концентрации происходит исключительно благодаря неупорядоченному тепловому движению отдельных молекул. Предполагается, что жидкость (или газ) не перемешивается никакими внешними воздействиями, приводящими ее в движение.

Теплопроводность.

Диффузии родственен процесс теплопроводности. Если в разных местах тела температура различна, то возникает поток тепла из мест более нагретых в места менее нагретые, продолжающийся до тех пор, пока температура во всем теле не выровняется. И здесь механизм процесса связан с беспорядочным тепловым движением молекул: молекулы из более нагретых мест тела, сталкиваясь при своем движении с молекулами соседних, менее нагретых участков, передают им часть своей энергии.

Как и при рассмотрении диффузии подразумевается, что теплопроводность происходит в покоящейся среде. В частности, предполагается, что в среде отсутствуют какие-либо перепады давления, которые приводили бы к возникновению движения в ней.

Коэффициент теплопроводности определяет скорость передачи тепла от более нагретых к менее нагретым участкам.

Обращает на себя внимание очень большая теплопроводность металлов. Причина этого заключается в том, что в металлах, в отличие от других тел, тепло переносится тепловым движением не атомов, а свободных электронов. Большая эффективность электронной теплопроводности связана со скоростями электронов, порядка 10⁶ м/сек, т. е. гораздо большими, чем обычные тепловые скорости атомов и молекул (10² – 10³ м/сек).

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО.