Pentru a studia comportarea unui rassmotrimizotermy gaz reale Wang -der -Vaalsa - curbe de la predeterminat, definit prin ecuația van der Waals pentru un mol de gaz. Aceste curbe (considerate pentru patru temperaturi diferite, Figura 135) au un caracter destul de ciudat. La temperaturi ridicate, izotermia unui gaz real diferă de izotermia unui gaz ideal doar printr-o anumită distorsionare a formei sale, rămânând o curbă în scădere monotonică. La o anumită temperatură, există doar un punct de inflexiune asupra izotermei.
Această izotermă se numește critică. temperatura corespunzătoare este temperatura critică; punctul de inflexiune este numit punctul critic; în acest moment tangenta la acesta este paralelă cu axa absciselor. Volumul, corespunzător acestui punct, și presiunea sunt de asemenea numiți critici. O stare cu parametri critici se numește stare critică. La temperaturi scăzute, izotermele au o regiune asemănătoare undelor, care coboară în mod monoton, apoi se ridică monotonic și, din nou, cade în jos monotonic.
Când diferența este ștearsă între starea lichidă și gazoasă a materiei, diferența de densitate a lichidului și a vaporilor dispar căldura latentă de vaporizare și tensiunea de suprafață (Fig. 136).
Pentru a clarifica natura izotermelor, transformăm ecuația lui van der Waals în forma :.
Ecuația lui Van der Waals pentru dată și T este o ecuație de gradul trei în ceea ce privește; prin urmare, poate avea fie trei rădăcini reale, fie una reală și două imaginare și numai rădăcinile pozitive reale au un înțeles fizic. Prin urmare, primul caz corespunde izotermei la temperaturi joase (trei valori ale volumului de gaz, și se întâlnesc (simbolul „“ este omisă pentru simplificare) la un P1 valoarea presiunii, al doilea caz - izotermă la temperaturi ridicate.
Având în vedere diferitele secțiuni ale izotermei de la (figura 137), vedem că presiunea crește în secțiunile 1-3 și 5-7 cu volum descrescător, ceea ce este natural. La secțiunea 3 - 5, comprimarea substanței duce la o scădere a presiunii; Practica arată că astfel de state nu sunt realizate în natură. Prezența secțiunii 3-5 înseamnă că, odată cu schimbarea treptată a volumului, substanța nu poate rămâne tot timpul sub forma unui mediu omogen; la un moment dat, ar trebui să apară o schimbare bruscă a stării și o descompunere a substanței în două faze. Astfel, adevărata izotermă va avea forma unei linii întrerupte 7 -6 -2 -1. Partea 6-7 corespunde stării gazoase și partea 2-1 - în starea lichidă. În stările corespunzătoare secțiunii orizontale a izotermei 6-2, se observă echilibrul fazelor lichide și gazoase ale substanței. O substanță în stare gazoasă la o temperatură sub temperatura critică se numește vapori, iar vaporii, care se află în echilibru cu lichidul, se numesc saturați.
Dacă prin punctele de capăt ale secțiunilor orizontale ale izotermelor de familie să dețină linie, veți obține o curbă în formă de clopot (Fig. 138), care mărginește regiunea statelor din două faze a materiei. Această curbă izotermă critică și se împarte graficul sub izotermei în trei regiuni: o curbă clopot este regiunea de stat în două faze (un lichid saturat și vapori) la stânga său este o zonă stare lichidă, iar dreapta - pereche regiune. Aburul diferă de celelalte stări gazoase prin faptul că este supus unui proces de lichefiere sub presiune izotermică. Gazul la o temperatură mai mare decât cel critic nu poate fi transformat într-un lichid la orice presiune.
Compararea Izoterma Van der Waals izotermă Andrews (curba superioară în Fig. 138), observăm că acesta din urmă are o porțiune rectilinie 2 -6, materialul de stat în două faze corespunzătoare. Este adevărat că, în anumite condiții, statele reprezentate de secțiunile izotermelor van der Waals 5-6 și 2 -3 pot fi re-ailizate. Aceste stări instabile sunt numite stări metastabile [51]. Secțiunea 2 -3 reprezintă lichidul supraîncălzit, vaporii 5 -6-suprasaturați. Ambele faze sunt limitate stabil.
La temperaturi suficient de scăzute, izotermia traversează axa. trecând în regiunea presiunilor negative (curba inferioară din figura 139). Substanța aflată sub presiune negativă se află într-o stare de tensiune. În anumite condiții, asemenea state sunt de asemenea realizate. Secțiunea 8 -9 privind izotermia inferioară corespunde lichidului supraîncălzit. secțiune din lichid întins 9-10.
Efectul Joule-Thomson
Prezența energiei potențiale a interacțiunii moleculelor se manifestă prin efectul Joule-Thomson. schimbarea temperaturii unui gaz real cu o schimbare a volumului acestuia fără schimbul de căldură și fără efectuarea unei lucrări externe.
Dacă temperatura gazului scade. atunci efectul este considerat pozitiv; dacă gazul este încălzit. atunci efectul este considerat negativ. Dacă expansiunea nu se încălzește sau se răcește, atunci efectul Joule-Thomson este zero. Această stare este indicată de punctul de inversiune. Punctul de inversiune determină temperatura la care efectul își schimbă semnul.
Efectul pozitiv Joule-Thomson este folosit pentru obținerea temperaturilor scăzute.
Răcirea profundă a gazelor se realizează în două moduri:
1). Temperatura gazului scade în timp ce se extinde datorită performanței lucrării împotriva forțelor de legare ale moleculelor;
2). Temperatura gazului scade odată cu expansiunea adiabatică datorată performanței muncii împotriva forțelor externe.
Utilizarea primei metode este posibilă când gazul este răcit sub temperatura de inversiune și sub temperatura critică. În prezent, toate gazele, inclusiv heliul, a căror temperatură critică a fost lichefiată și solidificată.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: