Реальные газы отличаются от своей модели - идеальных газов - тем, что их молекулы имеют конечные размеры и между ними действуют силы притяжения (при значительных расстояниях между молекулами) и отталкивания (при сближении молекул друг с другом). Характер изменения этих сил взаимодействия в зависимости от расстояния между центрами молекул r показан на рис. 6.1. На рис. 6.2 в Р,v- диаграмме представлена изотерма реального вещества 1-2-3-4 и изотерма идеального газа ав.
Характер поведения изотермы реального вещества 1-2-3-4 (рис.6.2) можно частично объяснить характером изменения сил взаимодействия между молекулами (рис.6.1) в зависимости от расстояния между их центрами при изменении давления, считая, что на обоих рисунках линиям 1-2-3-4 соответствует одна и та же изотерма.
В точке 1 при малых давлениях расстояние между молекулами большое (очень), здесь действуют небольшие силы взаимного притяжения молекул. На участке 1-2 при увеличении давления газ сжимается, объем его уменьшается. По мере увеличения давления и уменьшения объема молекулы сближаются, силы притяжения возрастают и достигают максимума в точке 2. Силы взаимного притяжения молекул обусловливают появление внутреннего давления, которое возрастает по мере сближения молекул и приводит к более интенсивному изменению объема газа. Действие сил притяжения молекул в точке 2 аналогично действию пружины, которая полностью растянута.
Далее, начиная с точки 2 и до 3 (рис.6.2), газ будет переходить в жидкую фазу, т.е. здесь одновременно существуют газовая и жидкая фазы при одинаковых давлениях и температурах. В отношении двух молекул это динамичный процесс сближения, о двух фазах здесь говорить нельзя (рис.6.1), в точке 2 был газ, а в точке 3 стала жидкость. При этом силы взаимного притяжения молекул уменьшаются, и в точке 3, где весь газ вступил в жидкую фазу, силы притяжения уравновешиваются силами отталкивания (условная пружина находится в свободном состоянии, не сжата и не растянута).
Уменьшение объема на процессе 2-3 (рис 6.2), с одной стороны, обусловлено внутренним давлением, которое падает в среднем до нуля в точке 3, а с другой стороны, объясняется образованием жидкой фазы, т.е. по мере увеличения количества капелек жидкости в смеси уменьшается количество газа, для газа объем соответствует точке 2, а для жидкости - точке 3, в результате удельный объем смеси при фазовом переходе уменьшается от точки 2 до 3.
При дальнейшем увеличении давления (процесс 3-4 рис.6.1 и 6.2) сжимается только жидкая фаза, при этом расстояния между молекулами настолько малы, что преобладают силы отталкивания, т.к. на сжатие уже оказывает влияние собственный объем молекул, соизмеримый со свободным объемом жидкой фазы. Т.е. собственный объем молекул оказывает противоположное воздействие силам взаимного притяжения (условная пружина полностью сжата). В результате этого воздействия дальнейшее увеличение давления не приводит к значительному уменьшению объема жидкой фазы, т.е. жидкость - плохо сжимаемая фаза вещества.
| предыдущий параграф | содержание | следующий параграф |