Головна

Експериментальні ізотерми. критична точка

  1. N-мірне метричний простір, відстань між точками.
  2. асоціативна точка
  3. У чому полягає рікардіанську точка зору на державний борг?
  4. У чому полягає традиційна точка зору на державний борг
  5. ВІДОМІСТЬ (КАРТКА) ОБЛІКУ ВИТРАТ
  6. Зовнішнє орієнтування тривимірної моделі по опорних точках
  7. Питання 8. Заточка свердел, зенкерів, розгорток

Глава 3. Реальні гази

Реальні гази відрізняються від ідеальних тим, що молекули цих газів мають кінцеві власні обсяги і пов'язані між собою складними силами взаємодії. При високому тиску і досить низьких температурах реальні гази конденсуються, т. Е. Переходять в рідкий стан, чого принципово не може бути з ідеальними газами.

У 1861 році ірландський фізико-хімік Т. Ендрюс експериментально досліджував залежність тиску вуглекислого газу від об'єму при ізотермічному стисканні. На рис. 47 схематично представлені результати дослідів, подібних дослідів Т. Ендрюса. Розглянемо ізотерми АВСD.

Мал. 47

На ділянці АВ зменшення обсягу, зайнятого газом, супроводжується збільшенням тиску спочатку обернено пропорційно обсягу, потім все повільніше.

У точці В починається конденсація газу і триває при постійному тиску, званому тиском насичених парів, до точки С. У точці С процес конденсації газу закінчується, при подальшому розумі-ньшеніе обсягу здійснюється стиснення рідини (ділянка СD), Що супроводжується швидким зростанням тиску, що свідчить про те, що рідина слабо стисливості. При зменшенні тиску, що діє на рідину, речовина пройде ті ж стану в зворотному порядку: воно розшириться шляхом  до точки кипіння, відбудеться випаровування (шлях СВ), А потім вийшов пар розшириться до вихідного тиску (точка А).

На ділянці ВС не тільки тиск, а й температура постійні. Крайніх точках відрізка ВС відповідають однофазні стану речовини: точці С (Об `єм  ) - Рідке, а точці В (Об `єм  ) - Газоподібне. У проміжному двухфазном стані з об'ємом V частина речовини з кількістю молей  знаходиться в рідкому, а частина з кількістю молей  - В газоподібному стані. Визначимо відношення кількості молей рідкої і газоподібної фаз в обсязі .

Обсяг одного благаючи рідкої і газоподібної фаз речовини відповідно рівні:

 . (3.1.1)

Об `єм V містить  молей рідкої фази і  молей газоподібної фази, тому цей обсяг можна представити у вигляді суми обсягів рідкої і газоподібної фаз наступним чином:

 . (3.1.2)

Після простих перетворень з виразу (3.1.2) знаходимо шукане відношення

 . (3.1.3)

Помноживши чисельник і знаменник лівої частини виразу (3.1.3) на молярну масу  речовини, отримаємо аналогічне ставлення для мас рідкої і газоподібної фаз:

 . (3.1.4)

Таким чином, ставлення мас рідини і насиченої пари в довільному двухфазном стані визначається обсягом  , Дорівнює відношенню відрізків, на яке ділить ділянку ВС точка, що відповідає обсягу  (Рис. 47). З формули (3.1.4) легко бачити, що, чим ближче значення молярного об'єму к  , Тим більша частина речовини знаходиться в рідкому стані і тим менша - в газоподібному. І, навпаки, чим ближче обсяг к  , Тим більша частина речовини знаходиться в газоподібному стані, і тим менша його частина припадає на рідину.

На рис. 47 представлені ізотерми газу при різних температурах  З малюнка видно, що з ростом температури горизонтальну ділянку, відповідний двофазному станом речовини, зменшується і при деякій температурі  , Званої критичної, стягується в точку  . Ізотерма, відповідна температурі  , Називається критичною ізотермою, точка  якої є точкою перегину.

З рис. 47 також видно, що з ростом температури зростає молярний об'єм  , Яку він обіймав рідиною, що рівносильно зменшення її щільності  . І, навпаки, зі зростанням температури зменшується молярний об'єм  , Яку він обіймав газом, що рівнозначно збільшенню його щільності  . У критичному стані и  т. е. в стані, який визначається критичними параметрами  , Зникає будь-яке розходження між рідиною і її насиченим паром.

При температурах, великих критичною, відсутня область двофазних станів, речовина знаходиться в газоподібному стані. Це пояснюється тим, що при температурах  , Кінетична енергія поступального руху молекул набагато більше потенційної енергії їх взаємодії і, природно, речовина в таких умовах може перебувати тільки у вигляді газу. Отже, навіть надвисокими тисками неможливо газ перевести в рідкий стан, якщо його температура вище критичної. Тому в XIX в. зазнали невдачі перші спроби скраплення деяких газів, так як кімнатна температура, при якій починалося їх стиснення, була значно більше критичної температури. Як приклад наведемо експериментальні значення критичної температури для деяких речовин: для води  для вуглекислого газу  , Для кисню  , Для азоту  для водню  , Для гелію  . Як видно з наведених чисел, вибір Т. Ендрюсом вуглекислого газу для дослідів був дуже вдалий.

Якщо з'єднати між собою ліві кінці горизонтальних ділянок досвідчених ізотерм, відповідних двофазному станом речовини, а потім те ж саме зробити з правими кінцями, то вийде дзвонового виду крива АKВ, Яка спільно з частиною DK критичної ізотерми розділить площину  на три області (рис. 48).

Мал. 48

прикордонна крива AK, Звана кривою кипіння, відокремлює однофазную область 1 рідкого стану речовини від двофазної області 2 насиченої пари. Прикордонна крива конденсації BK відокремлює двухфазную область 2 від однофазної області 3 газоподібного стану речовини. При тисках, більших критичного  , Відсутня область двофазного стану. Речовина в цьому випадку може перебувати або в газоподібному або в рідкому стані. Кордоном між ними служить частина DK критичної ізотерми.

Наявність критичної ізотерми чітко показує, що між рідким і газоподібним станами речовини немає принципового якісного відмінності. Справді, з газоподібного стану  речовина можна перевести в рідкий стан  , по дорозі  минаючи область 2 двухфазного стану (рис. 48). При цьому ніде не буде відбуватися стрибкоподібне зміна стану, речовина буде на всьому шляху переходу однорідним.



Шляхи підвищення економічної ефективності капітальних вкладень | Крива рівноваги рідина - пар

Рівняння Клапейрона - Клаузіуса | Рівняння Ван-дер-Ваальса | Дослідне визначення констант рівняння Ван-дер-Ваальса | Ізотерми Ван-дер-Ваальса і порівняння їх з експериментальними изотермами | Внутрішня енергія газу Ван-дер-Ваальса | Ефект Джоуля - Томсона | Ефект Джоуля - Томсона в газі Ван-дер-Ваальса | Зріджування газів. Отримання низьких і наднизьких температур |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати