Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
2) Индукционные силы возникают между молекулами, обладающими высокой поляризуемостью. Если молекулы достаточно сближены, то под действием электрического поля одной из них в другой возникает индуцированный ДИПОЛЬНЫЙ моментPe = E0OC-E, где а — поляризуемость молекулы, E — напряженность ПОЛЯ первой молекулы. Потенциальная энергия Vvm индукционного взаимодействия не зависит от температуры:
U
ИНД 8Tt24 '6
3) Дисперсионные силы возникают в результате возбуждения колебаний электронов в молекуле (атоме) под
Il 7.2. СИЛЫ МЕЖМОЛЕКУЛЯР. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ГАЗАХ 281
влиянием колебаний электронов в другой молекуле (атоме). Колебания электронов соседних молекул происходят в одинаковой фазе и приводят к притяжению двух молекул (атомов). Дисперсионное взаимодействие определяется нулевой энергией молекул (атомов), если колебания их могут быть рассмотрены как колебания линейных гармонических осцилляторов. В этом приближении потенциальная энергия 1/дисп дисперсионного взаимодействия
где h — постоянная Планка, е — элементарный заряд,
ров, а — коэффициент пропорциональности.
Полная потенциальная энергия U ван-дер-ваальсо-вых сил
Для полярных молекул основную роль играют ориентационные силы притяжения, для остальных молекул — дисперсионные силы. Энергия ван-дер-ваальсова притяжения составляет 0,4—4 кДж/моль. В большинстве случаев ван-дер-ваальсовы силы притяжения перекрываются значительно превосходящими их химическими валентными силами притяжения с энергиями порядка 40—400 кДж/моль.
Согласно упрощенной модели ван-дер-ваальсовых сил, молекулы газа — абсолютно упругие шары — притягиваются с силами, достигающими наибольшего значения при непосредственном их соприкосновении. Силы отталкивания, проявляющиеся на меньших расстояниях, заменяются бесконечно большой упругой силой, возникающей при соприкосновении шаров. В этой модели при расстоянии г между молекулами, равном диаметру молекул, внутреннее давление в газе достигает максимума.
2°. Межмолекулярное взаимодействие на малых расстояниях не может быть выражено степенным законом и носит сложный характер. На расстояниях между центрами молекул г < IO-10 м возникает квантовое обменное взаимодействие между нейтральными атомами, приводящее или к сильному притяжению (химическая связь), или к возникновению значительных сил отталкивания.
частота колебаний атомов-осциллято-
282
11.7. РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ И ПАРЫ
Ft
I
3°. Силы отталкивания убывают с увеличением расстояния между цент-
I
рами молекул по закону /отт
OTT
о
/
Рис. 11.7.1
где п > 13, т. е. значительно быстрее, чем силы притяжения. На рис. II.7.1 представлена зависимость от г сил притяжения (кривая 1), отталкивания (кривая 2) и результирующей силы взаимодействия (кривая 3). Область пространства, в которой существенно проявляются силы взаимодействия данной молекулы с дру-
гими частицами, называют сферой ее молекулярного действия.
1°. Дросселированием газа называют уменьшение его давления при адиабатическом прохождении газа через узкое отверстие или пористую пробку. Процесс дросселирования необратим, он сопровождается возрастанием энтропии. Энтальпия газа в начальном и конечном его состояниях при дросселировании не изменяется.
2°. Изменение температуры газа при дросселировании называют эффектом Джоуля—Томсона. Дифференциальный эффект Джоуля—Томсона описывается уравнением
и наблюдается при достаточно малом перепаде давления от р до р + dp. Различают:
отрицательный эффект Джоуля — Томсона
3. ДРОССЕЛИРОВАНИЕ ГАЗОВ. ЭФФЕКТ ДЖОУЛЯ — ТОМСОНА
положительный эффект
т{— I -V>0, dT<0.
(дТ Jp
И.7.4. ИЗОТЕРМЫ РЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ. ПАРЫ. КРИТИЧЕСКОЕ... 283
Если j — V = О, то dT = О, т. е. эффект Джоу-
ля—Томсона отсутствует. В идеальном газе эффект Джоуля—Томсона всегда отсутствует.
Температуру, при которой эффект Джоуля—Томсона для данного газа изменяет знак, называют температурой инверсии Тинв:
3°. Интегральный эффект Джоуля—Томсона наблюдается при конечном перепаде давления в дросселе. Уравнение эффекта:
ДГ = - - А(рУ)
Cv Cv ’
где AWrn — изменение потенциальной энергии взаимодействия молекул газа.
4. ИЗОТЕРМЫ РЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ. ПАРЫ. КРИТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА
1°. Изотермой реального газа называется кривая зависимости молярного объема газа от давления при изотермическом процессе. На рис. II.7.2 приведены экспериментальные изотермы углекислого газа (T1 < T < T2 < Tk < T3 < <Т4).
2°. Любая докритиче-ская изотерма (Т < Тк) является кривой непрерывного перехода вещества из газообразного состояния в жидкое. При T > Tk вещество находится в газообразном состоянии. Точка П
Рис. 11.7.2
284
11.7. РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ И ПАРЫ
характеризует перегретый пар. Сжатие этого пара переводит его в точку С — состояние сухого насыщенного пара, находящегося в термодинамическом равновесии с жидкостью. Давление сухого насыщенного пара рм зависит только от температуры и химической природы пара. Оно возрастает с повышением температуры. Перегретый пар имеет температуру более высокую, чем температура насыщенного пара при том же давлении. Разность температур этих паров называют перегревом пара. Сжатие сухого насыщенного пара переводит его во влажный насыщенный пар — двухфазное состояние вещества — смесь кипящей жидкости и сухого насыщенного пара. Количество сухого насыщенного пара в 1 кг влажного насыщенного пара называют сухостью пара. Количество жидкости в 1 кг влажного насыщенного пара называют влагосодержанием пара. Сжатие влажного насыщенного пара переводит его в жидкость. Точка В характеризует состояние кипящей жидкости,
