Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа

Видео:Урок 194. Уравнение Ван-дер-ВаальсаСкачать

Урок 194. Уравнение Ван-дер-Ваальса

Уравнение состояния идеального газа. Физический смысл универсальной газовой постоянной

Идеальным называется газ, в котором межмолекулярные силы взаимодействия отсутствуют.

Свойства идеального газа:

  • — размерами молекул газа по сравнению с размерами сосуда, в котором они находятся можно пренебречь, т.е. их можно считать материальными точками;
  • — молекулы газа являются свободными. Это значит, что до столкновения с другими молекулами или со стенками сосуда, содержащего газ, они движутся прямолинейно и равномерно, как тела, неподверженные действию каких-либо сил;
  • — столкновения молекул друг с другом или со стенками сосуда, содержащего газ, являются абсолютно упругими. Совершая движение молекулы, приближаются к стенкам сосуда на достаточно малые расстояния. Молекулы могут также подойти достаточно близко и друг к другу. В этом случае между молекулами газа или между молекулой газа и молекулами вещества стенки возникают силы взаимодействия, которые очень быстро убывают с увеличением расстояния. Под действием этих сил молекулы газа изменяют направление своего движения. Процесс изменения направления движения называется столкновением.

Физические величины, служащие для характеристики состояния газа называются параметрами состояния.

Важнейшими параметрами состояния идеального газа являются температура, давление, объем.

Газовые законы справедливы лишь для идеальных газов. Всякий реальный газ по мере убывания его плотности все больше приближается к идеальному. Это происходит, если газ имеет низкую плотность, т.е. средние расстояния между молекулами значительно превышают их диаметр. Последнее условие выполняется при достаточно малых давлениях и не слишком низких температурах (по мере приближения к абсолютному нулю температур газы переходят в жидкую фазу, для которой характерно относительно большое взаимодействие молекул между собой).

Соотношение, дающее связь между параметрами какого-либо тела, называется уравнением состояния.

Для изотермического процесса справедлив закон, установленный англичанином Бойлем (1662 г.) и французом Мариоттом (Закон Бойля-Мариотта).

Для данной массы газа при t = const давление изменяется обратно пропорционально объему

P·V = const, при m = const и T = const

Для одинаковой массы газа при одной и той же температуре газ занимает тем больший объем, чем ниже давление:

Изменяя температуру газа, Гей-Люссак нашел, что для данной массы газа при постоянном давлении объем растет линейно с температурой (Закон Гей-Люссака). Такой процесс получил название изобарического.

Vt = V0 · (1+a·t), при m = const и p = const

Физический смысл универсальной газовой постоянной в том, что она показывает, какую работу совершает один моль идеального газа при изобарном расширении при нагревании на 1 К (R = 8,31 ДжДмоль * К)).

При постоянном объеме для данной массы газа давление растет линейно с температурой (закон Шарля). Данный изопроцесс называется изохорическим.

pt = p0·(1+a·t), при m = const и V = const

Объединив законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака, получается уравнение состояния идеального газа, связывающее все его параметры. Это уравнение называется уравнением состояния идеального газа (уравнение Клайперона).

PV / T = const, при m = const

Если массу газа удвоить при постоянном объеме и Т (или соединить два объема равных масс), то отношение увеличивается вдвое. Поэтому Клайперон указал, что const = Bm, где В — индивидуальная газовая постоянная, зависящая от природы газа.

Менделеев несколько видоизменил закон Клайперона, объединив его с законом Авогадро (если Р и Т одинаковы, то киломоли разных газов занимают одинаковый объем — Vm). PVm /Т = R = const — одинакова для всех газов. R — универсальная газовая постоянная.

PVm = ТR — уравнение Менделеева-Клайперона для киломоля газа. Для произвольной массы газа уравнение Менделеева — Клайперона примет вид:

где m/m = n — число киломолей.

где r — плотность вещества

Рассмотрим смесь идеальных газов, заключенных в объеме V при температуре Т. Обозначим массы и молекулярные веса их:

Парциальным давлением газа, входящего в газовую смесь, называется то давление, которое имел бы этот газ, если бы он один занимал весь объем сосуда при данной температуре.

Тогда суммарное давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений входящих в нее газов — закон Дальтона.

где pi = (mi/mi)·R·T/V — парциальное давление iой компоненты в смеси газов.

Из уравнения Менделеева-Клайперона можно получить любой из газовых законов.

Видео:Урок 156. Уравнение состояния идеального газа. Квазистатические процессыСкачать

Урок 156. Уравнение состояния идеального газа. Квазистатические процессы

Физическая химия: конспект лекций

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа

Данное учебное пособие предназначено для студентов химических факультетов высших учебных заведений педагогического и технического направления. Изложены основные концепции и процессы, составляющие современную физическую химию. Материал соответствует государственному стандарту. Пособие рекомендовано в помощь студентам при подготовке к экзаменам.

Оглавление

  • Введение
  • ЛЕКЦИЯ № 1. Идеальный газ. Уравнение состояния реального газа
  • ЛЕКЦИЯ № 2. Химическая термодинамика

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Физическая химия: конспект лекций предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

ЛЕКЦИЯ № 1. Идеальный газ. Уравнение состояния реального газа

1. Элементы молекулярно-кинетической теории

Науке известно четыре вида агрегатных состояний вещества: твердое тело, жидкость, газ, плазма. Переход вещества из одного состояния в другое называют фазовым переходом. Вода, как известно, существует в трех агрегатных состояниях: в жидком (вода), твердом (лед), газообразном (пар). Это различие между тремя агрегатными состояниями определяется межмолекулярным взаимодействием и степенью сближения молекул.

Газ — агрегатное состояние вещества, в котором молекулы движутся хаотически, расположены на большом расстоянии друг от друга. В твердых телах расстояния между частицами малы, сила притяжения соответствует силе отталкивания. Жидкость — агрегатное состояние, промежуточное между твердым и газообразным. В жидкости частицы расположены близко одна к другой и могут перемещаться друг относительно друга; жидкость, как и газ, не имеет определенной формы.

Каждое из этих состояний можно описать набором некоторых параметров: например, состояние газа достаточно полно описывается тремя параметрами: объем, давление, температура.

Комбинация трех параметров, достаточно легко измеряемых, уже с середины ХVII века, когда были созданы барометры и термометры, хорошо описывает состояние газовой системы. Именно поэтому изучение сложных многоатомных систем началось с газов. У истоков наук химии и физики стоял Р. Бойль.

2. Уравнение состояния идеального газа

Изучение эмпирических газовых законов (Р. Бойль, Ж. Гей-Люссак) постепенно привело к представлению об идеальном газе, поскольку обнаружилось, что давление данной массы любого газа при постоянной температуре обратно пропорционально объему, занимаемому этим газом, и термические коэффициенты давления и объема с высокой точностью совпадают для различных газов, составляя, по современным данным, 1/273 град –1 . Придумав способ графического представления состояния газа в координатах «давление — объем», Б. Клапейрон получил объединенный газовый закон, связывающий все три параметра:

где коэффициент В зависит от вида газа и его массы.

Только через сорок лет Д. И. Менделеев придал этому уравнению более простой вид, записав его не для массы, а для единицы количества вещества, т. е. 1 кмоля.

где R — универсальная газовая постоянная.

Физический смысл универсальной газовой постоянной. R — работа расширения 1 кмоля идеального газа при нагревании на один градус, если давление не меняется. Для того, чтобы понять физический смысл R, представим себе, что газ находится в сосуде при постоянном давлении, и мы повысим его температуру на ΔT, тогда

Вычитая из (3) уравнение (2), получим

Если правая часть уравнения равна единице, т. е. мы нагрели газ на один градус, тогда

Поскольку P = F/S, а ΔV равно площади сосуда S, умноженной на высоту подъема его поршня Δh, имеем

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа

Очевидно, что справа получим выражение для работы, и это подтверждает физический смысл газовой постоянной.

3. Кинетическая теория газов

Очень плодотворным в середине XIX века оказалось представление о молекулярном строении вещества. Когда была принята гипотеза А. Авогадро о том, что в киломоле любого вещества содержится одно и то же количество структурных единиц: 6,02 x 10 26 кмоля = 6,02 x 10 23 моля, поскольку молярная масса воды M(H2O) = 18 кг/кмоль, следовательно, в 18 литрах воды находится столько же молекул, сколько в 22,4 м 3 водяного пара. Это позволяет легко понять, что расстояние между молекулами газообразной воды (пара) значительно больше, в среднем на один порядок, чем в жидкой воде. Можно предположить, что это выполняется для любого вещества. Считая, что в газах молекулы движутся хаотически, можно вывести так называемое основное уравнение кинетической теории:

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа

где Na — 6,02 x 10 26 кмоль = 6,02 x 10 23 моль — число Авогадро;

VM — молекулярный объем = 22,4 м 3 ;

m — масса одной молекулы;

v — скорость молекулы.

Преобразуем уравнение (4):

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа

где Ek — энергия одной молекулы.

Видно, что справа стоит полная кинетическая энергия всех молекул. С другой стороны, сравнивая с уравнением Менделеева — Клапейрона, видим, что это произведение равно RT.

Это позволяет выразить среднюю кинетическую энергию молекулы газа:

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа

где к = R / Na — постоянная Больцмана, равная 1,38 ґ 10– 23 кДж/кмоль. Зная кинетическую энергию молекулы, можно рассчитать ее среднюю скорость

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа

Около 1860 г. Д. К. Максвелл вывел функцию, описывающую распределение молекул газа по скоростям. Эта функция имеет на графике вид характерной кривой с максимумом около наиболее вероятной скорости примерно 500 м/с. Важно заметить, что существуют молекулы со скоростями, превышающими этот максимум. С другой стороны, уравнение (6) позволяет сделать вывод об увеличении доли молекул с большими скоростями при нагревании газа. Спустя почти 60 лет гениальная догадка Д. К. Максвелла была подтверждена в опытах О. Штерна.

4. Уравнение состояния реального газа

Исследования показали, что уравнение Менделеева — Клапейрона не очень точно выполняется при исследовании разных газов. Голландский физик Я. Д. Ван-дер-Ваальс первым понял причины этих отклонений: одна из них состоит в том, что вследствие огромного числа молекул, их собственный объем в целом сравним с объемом сосуда, в котором находится газ. С другой стороны, существование взаимодействия между молекулами газа слегка искажает показание манометров, с помощью которых обычно измеряют давление газа. В итоге Ван-дер-Ваальс получил уравнение следующего вида:

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа

где а, в — постоянные величины для различных газов.

Недостаток этого уравнения в том, что а и в должны быть измерены для каждого газа эмпирически. Преимущество в том, что оно включает область перехода газа в жидкую фазу при высоких давлениях и низких температурах. Осознание этого сделало возможным получать любой газ в жидкой фазе.

Видео:Реальный газ Уравнение Ван-Дер-ВаальсаСкачать

Реальный газ  Уравнение Ван-Дер-Ваальса

Уравнения состояния реальных газов

Вопрос №1

Идеальный газ. Законы идеальных газов

Идеальным называется газ, у которого объемы молекул беско­нечно малы и отсутствуют силы межмолекулярного взаимодей­ствия. Молекулы идеального газа представляют собой материаль­ные точки, взаимодействие между которыми ограничено молеку­лярными соударениями.

Любой реальный газ тем ближе к идеальному, чем ниже его давление и выше температура. Например, окружающий нас воз­дух можно считать идеальным газом. Понятие идеального газа и законы идеальных газов полезны в качестве предела законов реального газа.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист

На практике часто приходится иметь дело с газами при невы­соких давлениях, поэтому расчеты различных термодинамических процессов с достаточной степенью точности можно проводить по уравнениям идеального газа.

Закон Авогадро

Согласно этому закону, все газы при одинаковых температу­рах и одинаковом давлении содержат в одном и том же объеме оди­наковое число молекул. Большую техническую значимость имеет следствие из закона Авогадро: объемы киломолей различных га­зов равны, если они находятся при одинаковых температурах и давлениях. При нормальных физических условиях (Т= 273,15 К, р = 760 мм рт. ст.) объем киломоля любого вещества равен Vµ=µν=22,4 м 3 /кмоль.Напомним, что киломолем называется количество вещества в килограммах, численно равное его молекулярной массе.

Этот закон был открыт независимо друг от друга английским физиком Р. Бойлем и французским ученым Э. Мариоттом. Ими было доказано, что при постоянной температуре газа произведе­ние давления газа на его объем есть величина постоянная, т.е. при

рV= const и рv = const.

Закон Гей-Люссака

Этот закон устанавливает, что если в процессе нагрева или охлаждения газа давление подцерживается постоянным, то объем изменяется пропорционально абсолютной температуре, т.е. если

Р = const, то и v/ Т = const.

Если же мы рассмотрим процесс нагрева или охлаждения газа в сосуде постоянного объема (v= const), то р/Т = const.

Уравнение состояния идеального газа

Для 1 кг газа Клапейроном установлено уравнение состояния рv = RT, в котором газовая постоянная Rимеет для каждого газа свое постоянное значение. Измеряется Rв Дж/кг-К и имеет вполне определенный физический смысл — это работа, совершаемая 1 кг газа при его нагреве на один кельвин при постоянном давлении. Для газа с произвольной массой M/(кг) уравнение состояния имеет вид

Для одного киломоля вещества уравнение состояния (получе­но Д.И. Менделеевым) имеет вид рVµ =µRT, где µR— универсаль­ная газовая постоянная, которая одинакова для всех газов и равна 8314 Дж/кмольК.

Во всех этих уравнениях давление подставляется в Па, темпе­ратура — в К, объем — в м 3 и удельный объем — в м 3 /кг.

В резервуаре объемом 10 м 3 находится азот при из­быточном давлении 100 кПа и при температуре 27 °С. Атмосфер­ное давление равно 750 мм рт. ст. Требуется найти массу и плот­ность азота.

Выразим атмосферное давление в паскалях: рб = 10 5 Па.

Абсолютное давление газа равно:p =риб = 100 • 10 3 + 10 5 = = 2 • 10 5 Па.

Газовая постоянная азота равна (µ = 28 кг/кмоль)

R = 8314/28 = 297 Дж/кгЧК. Масса газа равна

М =рV/RT= 2*10 5* 10/297 • (273,15 + 27) = 22,43 кг.

р = M/V= 22,43/10 = 2,243 кг/м 3 .

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист

РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ

Свойства реальных газов

Свойства реальных газов значительно отличаются от свойств идеальных газов, причем отличия тем значительнее, чем выше дав­ление и ниже температура газа. Это объясняется тем, что молеку­лы реальных газов имеют конечный объем и между ними существу­ют силы межмолекулярного взаимодействия. Уравнение состояния 1 кг реального газа имеет вид

где z= φ(р, T) — коэффициент сжимаемости, который может быть как больше, так и меньше единицы.

При проведении термодинамических расчетов с реальными газами нужно учитывать зависимость внутренней энергии, энталь­пии и теплоемкости не только от температуры, но и от давления газа. При одном и том же давлении какое-либо вещество в зависи­мости от температуры может находиться в разных состояниях.

Из физики известно, что любое вещество может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. Эти состояния бу­дем называть фазами, а процесс перехода из одного состояния в другое — фазовым переходом.

При определенных условиях могут существовать одновремен­но две фазы вещества, например, лед и жидкость, пар и жидкость. Если пар и жидкость находятся в состоянии равновесия, то пар называется насыщенным.

У всех веществ фазовые переходы происходят при определен­ных физических параметрах, поэтому рассмотрение свойств реаль­ных газов можно начать на примере вещества, которое является основным рабочим телом в циклах тепловых электростанций, в том числе и атомных. Этим рабочим телом является вода, и не только потому, что она относительно дешева и нетоксична, а потому, что она обладает благоприятными для работы термодинамическими свойствами.

Рассмотрим диаграмму «v—p» воды и во­дяного пара, на которой изобразим грани­цы между фазами (рис. 1.1). В области а нахо­дится в равновесии смесь льда и некипящей воды, в области Ь находится некипящая вода, в области с находится смесь кипящей воды и водяного пара, в области d— перегретый во­дяной пар. Прямой 1-2 показан изобарный процесс подвода теплоты.

Показанные на рис. 1.1 кривые называют­ся пограничными; кривые, ограничивающие с двух сторон область с, называются левой и правой пограничными кривыми. Им соответствуют кипящая вода (левой) и сухой насы­щенный пар (правой). Область между этими кривыми называется областью влажного насыщенного пара — в этой области находятся в равновесии сухой насыщенный пар и кипящая вода. Смесь сухо­го насыщенного пара и кипящей воды называют влажным насы­щенным паром. Масса влажного насыщенного пара равна

где М’ — масса кипящей воды и М» — масса сухого насыщенного пара.

В дальнейшем все параметры, относящиеся к кипящей жидкости, будут иметь индекс «штрих» (р’, h’и т.д.), а все параметры, от­носящиеся к сухому насыщенному пару,— индекс «два штри­ха» (р’, h» и т.д.).

Температуру и давление насыщенного пара принято обозна­чать Тн и рн. В то же время в ряде литературных источников их обозначают Тs и рs (буква s является первой буквой английского слова sаturation — насыщение). Отношение массы сухого насыщен­ного пара к общей массе влажного насыщенного пара называется степенью сухости и обозначается х. Ясно, что на левой погранич­ной кривой х = 0, а на правой — х = 1. Разность <1-х) называется степенью влажности.

Чем выше давление пара, тем меньше расстояние по горизон­тали между левой и правой пограничными кривыми, а при определенном давлении пара эти кривые смыкаются. Точка, в которой исчезают различия в свойствах кипящей жидкости и сухого насы­щенного пара, называется критической (точка к на рис. 1.1).

Термические параметры различных веществ в критической точке различны. Эти параметры для ряда химических веществ приведе­ны в табл. 1

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист

Таблица 1 Критические параметры веществ

ВеществоTкр, Кpкр,МПаρкр, кг/м 3
Азот N23,40
Водород Н233,21,29
Водяной пар H2O647,1222,115
Кислород О25,05
Ртуть Нg
Диоксид углерода СО27,38

При сверхкритическом давлении не может быть влажного на­сыщенного пара. Если давление пара больше критического и по­стоянно по величине (р > ркр), то при подводе (или отводе) тепло­ты физические параметры (удельный объем, энтальпия и др.) меня­ются плавно, в то же время наблюдается резкое изменение тепло-емкостей сp исvв тех процессах, где сверхперегретая вода перехо­дит в сверхперегретый водяной пар.

Уравнения состояния реальных газов

Известно значительное число уравнений состояния реальных газов, и одна из самых удачных попыток была сделана Ван-дер-Ваальсом, который получил уравнение в виде

Слагаемое a/v 2 учитывает внутреннее давление, обусловлен­ное силами взаимодействия молекул газа, а величина b— умень­шение объема, в котором движутся молекулы реального газа. Если по этому уравнению находить величины удельных объе­мов реальных газов, то уравнение (1) имеет три действительных корня при Т Ткр . Точность вычислений по этому уравнению невелика.

В самой общей форме уравнение состояния реальных газов имеет вид

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа(2)

где 𝛽k — вириальные коэффициенты, зависящие от температуры газа.

Число членов ряда в уравнении (2) может быть достаточно велико, поэтому расчеты по этому уравнению вызывают значитель­ные трудности.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист

Изохорный процесс – это процесс сообщения или отнятия теплоты от газа при постоянном объеме v=const.

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа

Этот процесс используется как подготовительный процесс в циклах.

Соотношение между параметрами для конечного участка процесса 1-2 определяется законом Шарля: Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа, который следует из уравнений состояния для точек 1 и 2:

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газаи Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газапри Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа.

Поскольку работа расширения в этом процессе равна нулю: Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа, т.к. Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа, то из уравнения 1-го закона термодинамики следует, что:

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа.

Таким образом, подведенная к газу в изохорном процессе теплота целиком идет на увеличение его внутренней энергии. Для ТП Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газакоэффициент распределения теплоты Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа, теплоемкость Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газаи показатель политропы:

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист

Изобарный процесс – это процесс сообщения или отнятия теплоты от газа при постоянном давлении р=const.

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа

Соотношение между параметрами в процессе р=const: Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа— закон Гей-Люссака, т.к.: Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа, Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газаи Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа.

Работа расширения Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа. Т.к. Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа, то Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа.

Следовательно, удельная газовая постоянная R— это работа, совершаемая 1кг газа в процессе p=const при его нагревании на один градус. Размерность R: Дж/кгК. Уравнение 1-го закона термодинамики в этом случае имеем вид:

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа.

Таким образом, вся теплота, подведенная к газу в изобарном процессе, расходуется на увеличение его энтальпии.

Коэффициент распределения теплоты в процессе р=const равен:

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа, Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа.

В T-s координатах взаимное положение изобары и изохоры имеет вид:

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа, Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа, т.е. изобара более пологая логарифмическая кривая в T-s координатах, чем изохора.

Изотермический процесс – это процесс сообщения или отнятия теплоты от газа при постоянной температуре

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газаКаков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа

При Т=const из уравнения состояния Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газаимеем: Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа— это уравнение изотермического процесса является уравнением равнобокой гиперболы.

Тогда Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа, и Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа— закон Бойля-Мариотта.

Из уравнения 1-го закона термодинамики Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газапри Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газаимеем:

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газаи q=l, т.е. вся теплота, сообщаемая газу в изотермическом процессе, целиком идет на работу расширения газа.

Изменение энтальпии в процессе T=const равно:

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист

Работа расширения Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа.

Коэффициент распределения теплоты

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа.

Тогда теплоемкость Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газаи показатель политропы для процесса T=const будет равен Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа, т.е. Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа.

Адиабатный процесс – это процесс, протекающий без внешнего теплообмена, т.е. q=0 и Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа(на конечном и бесконечно малом участке процесса).

Если записать для этого случая уравнения 1-го закона термодинамики в виде:

1. Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газаили Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа,

2. Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газаили Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа, то после деления (1) на (2) получим:

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа— показатель адиабаты.

Тогда после интегрирования выражения Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газадля конечного процесса 1-2 будем иметь Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа, или Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа— это есть уравнение адиабатного процесса в p-v-координатах, которое является уравнением неравнобокой гиперболы.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газаКаков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа, т.к. Т Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа, то ds=0 и s=const. Таким образом, адиабатный процесс с идеальным газом есть изоэнтропийный процесс.

Для теплового двигателя цикл Карно – прямой цикл, состоящий из двух адиабат и двух изотерм, а для тепловых трансформаторов используется обратный цикл Карно. Тепловые машины, работающие по циклу Карно, имеют наибольшие значения термических кпд по сравнению с любым другим циклом при одинаковых предельных температурах цикла Т1 и Т2.

Рассмотрим прямой цикл Карно.

Графически в p-v и T-s координатах этот цикл можно представить в виде:

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газаКаков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа

где ab – адиабатное сжатие ТРТ;

bc – подвод теплоты q1 в изотермическом процессе при Т1=const;

cd – адиабатное расширение ТРТ;

da – отвод теплоты Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газав холодильник при Т2=const;

q1 = площадь bсFEb – теплота, затраченная на совершение цикла Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа.

q2 = площадь adFЕa – теплота, отведенная в холодильник Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист

Тогда термический кпд прямого цикла Карно будет равен:

Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа.

Таким образом, термический кпд цикла Карно зависит только от предельных температур источника и холодильника и не зависит от рода рабочего тела. (Первая теорема Карно). Температура Т1 и Т2 являются основными параметрами цикла Карно, которые полностью определяют этот цикл.

При Т1=Т2 термический кпд цикла Карно Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа, т.е. превращение теплоты в работу невозможно.

При Т2=0 или Т1= Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа, что невыполнимо. Следовательно, в цикле Карно термический кпд цикла всегда меньше единицы: Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа. Таким образом, для прямого цикла Карно Каков физический смысл постоянных в уравнении состояния реального газа.

Любое заключение, вытекающее из анализа прямого цикла Карно, можно рассматривать как формулировку второго закона термодинамики.

В двух разобщенных между собой теплоизолированных сосудах А и В содержатся газы, в сосуде А – аргон, в сосуде В– водород, объем сосуда А– 150 л, сосуда В – 250 л. Давление и температура аргона – р1, t1, водорода – р2, t2. Определить давление и температуру, которые установятся после соединения сосудов и смешения газов. Теплообменом с окружающей средой пренебречь

📽️ Видео

Уравнение состояния идеального газа | Физика 10 класс #33 | ИнфоурокСкачать

Уравнение состояния идеального газа | Физика 10 класс #33 | Инфоурок

Уравнение Ван дер ВаальсаСкачать

Уравнение Ван дер Ваальса

Урок 145. Идеальный газ. Основное ур-ние МКТ ид. газа - 1Скачать

Урок 145. Идеальный газ. Основное ур-ние МКТ ид. газа - 1

Физика. МКТ: Уравнение Менделеева-Клапейрона для идеального газа. Центр онлайн-обучения «Фоксфорд»Скачать

Физика. МКТ: Уравнение Менделеева-Клапейрона для идеального газа. Центр онлайн-обучения «Фоксфорд»

Уравнение Ван-дер-Ваальса | Газы.Молекулярно-кинетическая теория | Химия (видео 8)Скачать

Уравнение Ван-дер-Ваальса | Газы.Молекулярно-кинетическая теория | Химия (видео 8)

Уравнение состояния идеального газаСкачать

Уравнение состояния идеального газа

Уравнение Ван-дер-Ваальса и опыт Джоуля и ТомсонаСкачать

Уравнение Ван-дер-Ваальса и опыт Джоуля и Томсона

Урок 195. Изотермы реального газаСкачать

Урок 195. Изотермы реального газа

Газовые законы. Изопроцессы | Физика 10 класс #34 | ИнфоурокСкачать

Газовые законы. Изопроцессы | Физика 10 класс #34 | Инфоурок

Урок 157. Изопроцессы и их графики. Частные газовые законыСкачать

Урок 157. Изопроцессы и их графики. Частные газовые законы

Газовые законыСкачать

Газовые законы

идеальный газ УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗАСкачать

идеальный газ УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

ЕГЭ по физике. Теория #25. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газаСкачать

ЕГЭ по физике. Теория #25. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа

Уравнение Ван дер Ваальса. Часть 3. Внутренняя энергия реального газа. Фазовые переходы 1 рода.Скачать

Уравнение Ван дер Ваальса. Часть 3. Внутренняя энергия реального газа. Фазовые переходы 1 рода.

Лекция №2. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗАСкачать

Лекция №2. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

Идеальный и реальный газ | Газы.Молекулярно-кинетическая теория | Химия (видео 7)Скачать

Идеальный и реальный газ | Газы.Молекулярно-кинетическая теория | Химия (видео 7)

Лекция №7 "Реальный газ"Скачать

Лекция №7 "Реальный газ"
Поделиться или сохранить к себе: