Учет сил отталкивания между молекулами

Если мы возьмем уравнение состояния идеального газа для 1 моля, то

Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru , (5.1)

где под Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru подразумевается объем сосуда, в котором заключен газ. Этот объем доступен всем молекулам газа, движущимся в этом сосуде, поскольку молекулы идеального газа не имеют собственного объема и не мешают двигаться друг другу. В действительности же, в газе молекулы не могут занимать весь объем, так как каждая молекула занимает определенную часть сосуда и это часть недоступна для других молекул. Чтобы учесть это, надо из объема сосуда вычесть ту его часть, которая недоступна для движения молекул. Обозначим его через Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru . Тогда уравнение (5.1) примет вид:

Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru . (5.2)

Отсюда

Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru . (5.3)

Из этого выражения следует, что при Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru , т.е. Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru представляет тот предельный объем, который занял бы газ при бесконечно большом давлении.

Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru Вычислим постоянную Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru . Молекулы не могут сближаться на расстояние, равное нулю даже при бесконечном давлении. Между молекулами существуют силы отталкивания, которые мешают приближаться на расстояние меньше, чем Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru . Это минимальное расстояние определяется размерами молекул. Учет размеров молекул означает учет сил отталкивания между частицами.

Предположим, что молекулы представляют твердые шарики. Представим себе сосуд в форме куба, объем которого V (рис.1). Сторона куба равна Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru . Пусть диаметр молекулы равен d, а радиус d/2. Допустим, что в нашем кубе содержится одна молекула. Для движения ее центра доступен весь объем сосуда за исключением слоя толщиной r. Это означает, что центр молекулы будет двигаться свободно в объеме Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru . Введем еще одну молекулу. Эти молекулы могут приблизиться друг другу не ближе, чем d, т.е. недоступный объем увеличится на Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru . Следовательно, для любой из двух молекул оказывается доступным объем, равный

Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru .

Для одного моля, состоящего из Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru молекул, каждая из них будет иметь возможность двигаться в объеме

Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru . (5.4)

При этом расчете мы не учли то обстоятельство, что в каждом акте сближения участвуют две молекулы. Для каждой из них существенна не вся запретная сфера, окружающая вторую участницу сближения, а только та ее половина (полусфера), которая обращена к ней. Если применять это к любой паре из всех Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru молекул, то в выражении (5.4) вместо Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru необходимо написать Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru . Тогда свободным для любой молекулы окажется объем

Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru .

Обычно диаметр молекулы Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru , поэтому, пренебрегая Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru по сравнению с Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru имеем:

Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru .

Эта и есть та величина Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru , которую мы поставили в уравнение состояния (5.2). Следовательно,

Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru .

Таким образом, поправка Учет сил отталкивания между молекулами - student2.ru равна учетверенному объему молекул одного моля газа.

Наши рекомендации