Реферат
Реальні гази, рідини і тверді тіла
Введення
реальний газ твердий тіло
При описі реальних газів моделі ідеального газу можуть не виконуватися. Зокрема, конденсація газів, не може бути описана в рамках моделі ідеального газу. При розгляді реальних газів необхідно врахувати сили міжмолекулярної взаємодії. Вони є короткодіючими і виявляються на відстанях. Залежність сил міжмолекулярної взаємодії від відстані показана на малюнку
На малих відстанях між молекулами діють сили тяжіння і відштовхування. Їх рівнодіюча залежить від відстані немонотонно: існує радіус такий, що при молекули відштовхуються, а при притягуються. Ці взаємодії проявляються на дуже коротких відстанях см.
На малюнку показана також радіальна залежність потенційної енергії взаємодії молекул. При високих температурах, коли, речовина знаходиться в газоподібному стані, при низьких температурах, коли, речовина знаходиться в твердому стані.
Існує багато різних моделей реальних газів, кожна з яких застосовна за певних умов. Всі ці моделі є наближеними і дозволяють описувати найбільш характерні особливості реальних газів.
Атоми в газах розташовані невпорядковано. У твердих тілах атоми утворюють кристалічну структуру певного типу в якій всі атоми розташовані впорядковано. Рідини займають проміжне стан між газами і твердими тілами. На мікроскопічних відстанях вони володіють квазіупорядоченной структурою, на великих відстанях розподіл атомів є повністю хаотичним.
Майже всі кристали є анізотропними, тобто в них існують виділені напрямки. У газах і рідинах немає виділених напрямків, вони ізотропні.
Молекули в газах беруть участь у поступальному і обертальному рухах. У твердих тілах вони можуть тільки коливатися біля положення рівноваги. У рідинах атоми і молекули беруть участь в коливальному і обертальному рухах і диффузионном переміщенні.
1. Рівняння Ван-дер-Ваальса
Ідеальні гази описуються рівнянням Клапейрона-Менделєєва
.
Більшість моделей реальних газів засновані на модифікації рівняння Клапейрона-Менделєєва шляхом врахування різних додаткових факторів. Однією з найбільш вдалих моделей реального газу є модель Ван-дер-Ваальса. Голландський фізик Ван-дер-Ваальса ввів дві поправки в рівняння Клапейрона-Менделєєва, які дозволили значно розширити область застосування рівняння стану. Розглянемо рівняння Ван-дер-Ваальса для одного моля газу.
. Облік власного обсягу молекул. Позначимо через b власний об'єм молекул в одному молі газу. Тоді фактичний вільний об'єм одного моля буде не, а.
. Облік тяжіння молекул. Дія тяжіння молекул призводить до появи додаткового тиску на газ, званого внутрішнім тиском. За оцінками Ван-дер-Ваальса внутрішній тиск обернено пропорційно квадрату молярного об'єму
,
де а - постійна Ван-дер-Ваальса.
Вводячи ці поправки в рівняння Клапейрона-Менделєєва, одержимо рівняння Ван-дер-Ваальса для одного моля газу
.
Для молей газу рівняння Ван-дер-Ваальса можна перетворити до вигляду
.
Отримане рівняння є наближеним і його можна застосовувати дл...
