Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия
Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля - Томсона.
В реальных газах между молекулами действуют силы отталкивания (они считаются положительными) и силы притяжения (они отрицательны). На расстоянии r=r0 результирующая этих сил F=0.(Рис. 7.9, вверху) Это расстояние соответствует равновесному расстоянию между молекулами, на котором они находились бы в отсутствие теплового движения. Этому расстоянию соответствует минимум потенциальной энергии (Рис. 7.9, внизу). Отметим, что потенциальная энергия реального газа обусловлена только силами притяжения между молекулами (r – достаточно большие).
Рис.7.9. Пусть дан 1 моль реального газа. Рассмотрим элементарную работу dA сил межмолекулярного сцепления (притяжения), которые создают внутреннее давление pi и приводят к изменению объема одного моля на dVm. Очевидно: . Работа, которая затрачивается на преодоление сил притяжения идет на увеличение потенциальной энергии системы, т.е.: . Здесь учли, что внутреннее давление где а - некоторая постоянная. Тогда , где С = 0 т.к. на бесконечно большом расстоянии Еп = 0 ( объем стремится к бесконечности). Следовательно: . (7.8.1.) Отметим, что знак минус означает, что молекулярные силы, создающие внутреннее давление являются силами притяжения.
Внутренняя энергия реального газа складывается из потенциальной энергии их взаимодействия и их кинетической энергии Ек. Известно, что средняя кинетическая энергия молекул одного моля газа равна: . С учетом того, что , последнее равенство примет вид: . (7.8.2.) Тогда внутренняя энергия 1 моля реального газа, с учетом (7.8.1.) и (7.8.2.), определится так: , т.е. . (7.8.3.) Вывод: внутренняя энергия реального газа зависит не только от температуры, но и от объема V.
Практическое применение:Эффект Джоуля - Томсона. Пусть газ расширяется без теплообмена (адиабатически dQ=0) и без совершения им работы против внешних сил (расширение в пустоту). В этом случае первое начало термодинамики (dQ = dU + pdV) запишется так: dU = 0, т.е. U = const. Но тогда, из (7.8.3.) следует, что при адиабатном изменении объема должна меняться температура. Более того, и имеют разные знаки. Следовательно, при адиабатном расширении газ должен охлаждаться. Это обнаруженное экспериментально явление. Изменения температуры Т реального газа при адиабатическом расширении получило название эффекта Джоуля - Томсона. Если эффект называется положительным, если эффект отрицательный. Знак зависит не только от сорта газа, но и от начальных объема и температуры газа. Практическое применение эффекта Джоуля – Томсона позволяет осуществлять сжижение газов.
Популярное: Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (909)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |