Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Матвеев А.Н. -> "Молекулярная физика. Том 2" -> 107

Молекулярная физика. Том 2 - Матвеев А.Н.

Матвеев А.Н. Молекулярная физика. Том 2 — М.: Высшая школа, 1981. — 400 c.
Скачать (прямая ссылка): molekulyarnayafizikat21981.djvu
Предыдущая << 1 .. 101 102 103 104 105 106 < 107 > 108 109 110 111 112 113 .. 181 >> Следующая

характеризуются конкретными объемом, давлением, энтропией и т.д. Энтропии
в состояниях А и D имеют вполне определенное значение. Осуществляя оба
перехода обратимо, можно для одинакового изменения энтропии в них
написать
где dU - полный дифференциал. Следовательно, горизонтальная прямая DFA
должна быть проведена так, чтобы выполнялось равенство
означающее, что площади под кривой DCBA и прямой DFA должны быть
одинаковыми или, что то же самое, работа при переходе по двум путям
должна быть одинаковой. Это происходит в случае, если площади,
ограниченные замкнутыми кривыми DCFD и FABF, одинаковы.
Метастабильные состояния. Теперь ясно, что участки А'А и DD' изотерм Ван-
дер-Ваальса описывают газообразное и жидкое состояния. Остается выяснить,
чему соответствуют участки АВ и CD изотерм, поскольку на них dp/dV< 0 и,
следовательно, нет запрета на их осуществление. Эксперимент показывает,
что действительно соответствующие состояния могут осуществляться. Участки
АВ и DC характеризуют состояния переохлажденного пара и перегретой
жидкости. Переохлажденный пар - это такое состояние вещества, когда по
своим параметрам оно должно находиться в жидком состоянии, но по своим
свойствам оно продолжает находиться в газообразном состоянии, т. е. не
сохраняет свой объем, стремится, как газ, расшириться. Перегретая жил кос
гь - это такое состояние вещества, когда оно по своим параметрам должно
быть газом, но по своим свойствам продолжает оставаться жидкостью.
Эти состояния не являются абсолютно устойчивыми. При небольшом внешнем
воздействии на систему она быстро переходит в ближайшее устойчивое
состояние. Такие состояния называются метастабильными.
Эти состояния могут быть осуществлены в эксперименте следующим образом.
Если приготовить в замкнутом сосуде очень чистые пары вещества (например,
воды) и затем их охладить, то по достижении условий перехода в жидкое
состояние (см. рис. 70; точка R) такой переход не происходит. При
дальнейшем понижении температуры попадаем в область жидкого состояния (в
область левее кривой А К), а вещество тем не менее продолжает быть
газообразным. Если в объем, занимаемый газом, ввести небольшое количество
ионов какого-либо вещества, то произойдет быстрый переход в жидкое
состояние определенной доли газа, что наблюдается в виде появления
тумана.
Состояние перегретой жидкости достигается следующим образом. Берется
очень чистая жидкость, лишенная не только примесей, но и микроскопических
пузырьков
(32.9)
DFA
DCBA
Принимая во внимание, что Tt - const, 8Q = dU + pdV, из (32.9), находим
U(А) - U(D) + J pdV= U(А) - U(D) + f pdV,
(32.10)
DFA
DCBA
j pdV= J pdV,
(32.11)
DFA
DCBA
§ 32. Уравнение Ван-дер-Ваальса 243
воздуха в занимаемом ею объеме. Последнее достигается посредством очень
длительного кипячения жидкости, в результате которого все
микроскопические пузырьки покидают жидкость. Если приготовленную таким
образом жидкость нагревать, то при достижении условий перехода из жидкого
состояния в газообразное такой переход не наблюдается. Параметры вещества
(температура, давление) соответствуют его нахождению в газообразном
состоянии, но оно существует в виде жидкости. Если в такую жидкость
ввести небольшое количество постороннего вещества (например, щепотку
мела), то совершается быстрый переход определенной части жидкости из
жидкого состояния в газообразное по всему объему, сопровождающийся очень
бурным кипением жидкости.
Физические факторы, которые обеспечивают существование метастабильных
состояний переохлажденного пара и перегретой жидкости, будут ясны после
изучения вопроса о зависимости давления насыщенных паров от формы
поверхности жидкости (см. § 34).
Критические параметры. Уравнение Ван-дер-Ваальса (32.7) при Т> Ткр всегда
имеет лишь один вещественный корень, а при Т < Ткр для некоторой области
значений р имеет три вещественных корня. Очевидно (рис. 72), что при
повышении температуры значения этих трех вещественных корней сближаются и
при критической температуре Ткр все три корня сливаются. Следовательно,
для критического состояния уравнение (32.7) принимает вид
(У-Г<р)3 = 0 = V3 - 3VKPV2 + 3 V%V- Г3кр. (32.12)
Из сравнения уравнений (32.12) и (32.7) получаем:
ЗКкр = b + RTKp/pKp, 3V% = а/ркр, Vlp = ab/pKp. (32.13)
Равенства (32.13) являются системой трех уравнений с тремя неизвестными
Екр, Ркр, Ткр. Решение системы:
ПР = ЗЬ, ркр = о/(27Ь2), Гкр - 8п/(27КЬ). (32.14а)
Тем самым параметры критического состояния вещества выражены через
постоянные а и b уравнения Ван-дер-Ваальса.
Таким образом, имеется три уравнения для двух постоянных Ван-дер-Ваальса.
Они могут быть удовлетворены только в том случае, если и R определяется
из (32.14а). Разрешая эти уравнения относительно а, b и R, получаем:
" = Ь = VJ3, R = 8P4>V(37y. (32.146)
ф Для каждого газа с межмолекулярным взаимодействием имеется свое
уравнение состояния. Никакого универсального уравнения состояния для
реальных газов не существует.
Предыдущая << 1 .. 101 102 103 104 105 106 < 107 > 108 109 110 111 112 113 .. 181 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed