Term-7.pdf

(962 KB) Pobierz
Gazy rzeczywiste
Stany skupienia
Rozróżnia się
stany skupienia:
stały, ciekły i lotny, czemu odpowiadają
ciała stałe, ciekłe i lotne.
Ciała stałe mają własny kształt i wymiary.
Ciała ciekłe przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują.
Ciała lotne wypełniają całą dostępną im przestrzeń.
Substancje stałe i ciekłe nazywane są
substancjami
skondensowanymi
.
Ciecze i substancje lotne nazywane są
płynami
.
Poszczególne
fazy substancji
są rozdzielone między sobą
powierzchniami, na których tylko
niektóre lub wszystkie właściwości
fizyczne oraz na ogół parametry właściwe zmieniają się skokowo
.
Substancje jednoskładnikowe mogą mieć tylko jedną fazę lotną (para lub
gaz), jedną fazę ciekłą
(wyjątek stanowi
4
He),
natomiast kilka faz stałych,
stanowiących odmiany alotropowe.
1
Wykres fazowy
p(T)
W przestrzeni fazowej
p-T
można wyodrębnić wyraźne obszary fazy stałej,
ciekłej i gazowej. Obszary te oddzielone są krzywymi przejścia:
–
krzywą parowania (skraplania),
–
krzywą topnienia (krzepnięcia),
–
krzywą sublimacji.
Krzywe przejścia są zbiorami punktów (ciśnienia
i temperatury), w których mogą współistnieć w
równowadze termodynamicznej dwie sąsiadujące
fazy, np. krzywa parowania wyznacza wartości
ciśnienia i temperatury, przy których mogą istnieć
faza ciekła i gazowa.
Krzywe parowania, topnienia i sublimacji
spotykają się w punkcie potrójnym (p
T
,
T
T
), w
którym mogą obok siebie istnieć w równowadze
termodynamicznej trzy fazy: stała, ciekła i gazowa.
Krzywa parowania (odpowiadająca przejściu ze
stanu ciekłego w gazowy) ograniczona jest od
dołu przez punkt potrójny
P,
a od góry przez
punkt krytyczny
K.
Wykres fazowy
p(T)
Dla parametrów powyżej punktu krytycznego nie ma wyraźnej granicy
między fazą ciekłą i gazową – np.
w czasie izobarycznego ochładzania
gazu pod ciśnieniem wyższym od krytycznego nie obserwuje się zjawiska
wykraplania cieczy (gęstość substancji zmienia się w sposób ciągły).
Różnicą między fazą ciekłą
i gazową w tych warunkach
jest granicą umowną.
2
Wykres fazowy
p(T)
Z wyjątkiem
wody, żeliwa i bizmutu
substancje nieorganiczne rozszerzają się przy
topnieniu, a w miarę wzrostu ciśnienia krzepną przy coraz większych temperaturach. Wśród
substancji organicznych wyjątków jest więcej.
Punkt potrójny
P
Tr
, Pa
H
2
O
CO
2
611,2
51810
3
Punkt krytyczny
P
K
, MPa
22,115
7,39
T
K
, K
647,27
304,2
T
Tr
, K
273,16
216,6
Wykresy p(v) oraz
p-v-T
dla wody
3
Gaz rzeczywisty vs. gaz doskonały
Istnieją oddziaływania między cząsteczkami oraz istotne są wymiary
cząsteczek (skończona objętość zajmowana przez cząsteczki).
Odchylenie właściwości gazów rzeczywistych od właściwości gazu
doskonałego. Miarą wielkości tego odchylenie jest m.in. wartość
współczynnika ściśliwości
(stopnia ściśliwości):
Z
�½
pV
v
�½ 
R T
v
d
p
,
T
 
stosunek objętości właściwej gazu rzeczywistego
do objętości właściwej gazu doskonałego przy tym
samym ciśnieniu i tej samej temperaturze
Dla gazu doskonałego (spełniającego równanie Clapeyrona)
współczynnik ściśliwości Z = 1.
Współczynnik ściśliwości dla gazów rzeczywistych
Dla powietrza
Dla wodoru
4
Oddziaływania między cząsteczkami
Siły działające między cząsteczkami gazu
rzeczywistego na odległość zależą od
odległości między cząsteczkami.
Z
> 1
, objętość właściwa gazu rzeczywistego
jest
większa
niż gazu doskonałego przy tym
samym ciśnieniu i tej samej temperaturze; jest
to wynikiem sił odpychania (duże ciśnienie,
małe odległości między cząsteczkami) oraz
wpływu objętości własnej cząsteczek,
Z < 1
, objętość właściwa gazu rzeczywistego
jest
mniejsza
od objętości właściwej gazu
doskonałego przy tym samym ciśnieniu i tej
samej temperaturze; jest to wynikiem sił
przyciągania.
Ze względu na
siły odpychania
zmienia się charakter zderzeń między cząsteczkami –
cząsteczki nie mogą zbliżyć się na zerową odległość (tak jak w modelu gazu doskonałego).
Droga swobodna cząsteczek jest mniejsza niż w gazie doskonałym (przy tej samej
temperaturze), liczba zderzeń cząsteczek jest większa, a więc ciśnienie jest również większe.
Siły przyciągania
między cząsteczkami przeciwdziałają ekspansji przez zmniejszenie ciśnienia
gazu o wielkość, zwaną
ciśnieniem kohezyjnym
(a w równaniu van der Waalsa – współczynnik
kohezji).
Równanie van der Vaalsa
a
p
2
(
v
b
)
�½
R
s
T
v
Wyrażenie
a/v
2
uwzględnia oddziaływania między cząsteczkami (siły
międzycząsteczkowe), które powodują zmiany ciśnienia ,
Współczynnik
b
uwzględnia wpływ objętości samych cząsteczek.
Równanie van der Waalsa należy do grupy
kubicznych równań stanu
– są
to równania, które przy zapisie jako funkcje względem objętości są
wielomianami trzeciego stopnia
RT
2
a
ab
v
v
v
3
 
b
�½
0
p
p
p
5

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin