Рассмотрим различие в свойствах реальных веществ и идеальных газов на примере анализа их изотерм в Р,v- и Рv,Р- диаграммах (рис.6.4, 6.5). Свойства веществ в этих диаграммах наглядно иллюстрируются изменением их сжимаемости для изотермических процессов. Сжимаемость при T=const - это -(dv/dР)Т, т.е. изменение удельного объема при изменении давления, взятая с обратным знаком. Эта величина также характеризует действие сил межмолекулярного взаимодействия, отличающее свойства идеальных газов от реальных веществ. Так как в Р,v- диаграмме сжимаемость представляет собой тангенс угла наклона между касательной к изотерме и обратным направлением оси давлений Р, то для изотермы идеальных газов в точке а она будет равна tgβ, а для изотермы реальных веществ, проходящей через ту же точку, сжимаемость будет равна tgα. С увеличением давления сжимаемость обоих веществ будет уменьшаться. Однако для идеального газа она уменьшается в соответствии с закономерностью уравнения изотермы Рv=const. Сжимаемость реального вещества с ростом Р тоже уменьшается, но на разных участках изотермы (ам и мв) отличается от сжимаемости идеального газа, причем отличие может быть как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. В точке а tgα > tgβ, т.е. сжимаемость реального вещества больше, чем у идеального газа. В точке в, наоборот, сжимаемость идеального газа больше, чем у реального вещества. В точке М, где изотерма идеального газа касательна к изотерме реального вещества, их сжимаемости одинаковы.
Оценить изменение сжимаемости реального вещества по отношению к идеальному, а следовательно, и отличие свойств реальных веществ от идеальных газов позволяет изображение этих изотерм в Рv,Р- диаграмме рис. 6.5. В этой диаграмме изотермы идеального газа - прямые горизонтальные линии. Рассмотрев соответствующие изотермы из Р,v- диаграммы ав, аМв и идеальную изотерму, проходящую через точку М, видим, что в случае (d(Рv)/dР)Т<0 линия аМ - область низких давлений, сжимаемость реальных газов больше, чем у идеальных; при (d(Рv)/dР)Т>0 линия Мв - область больших давлений, здесь сжимаемость реальных газов меньше, чем у идеальных. В точке М линия Рv касательна к изотерме реальных газов, т.е. при (d(Рv)/dР)Т=0 их сжимаемости одинаковы.
Величина изменения сжимаемости реального вещества по отношению к идеальному газу, обусловленная наличием сил межмолекулярного взаимодействия, характеризуется величиной (d(Рv)/dР)Т. Это очень удобное выражение, т.к. оно оценивает подчиненность свойств реальных веществ уравнению состояния идеальных газов. (В разделе "Дросселирование газов и паров" [2] оценка изменения сжимаемости также ведется по (d(Рv)/dР)h. Так при (d(Рv)/dР)Т=0 реальный газ не только имеет одинаковую с идеальным сжимаемость, но и может быть описан уравнением Менделеева-Клапейрона. На рис. 6.5 изотермы реального газа, имеющие минимум, соответствующий равенству (d(Рv)/dР)Т=0, дают кривую КМВ, называемую кривой Бойля. Здесь К - критическая точка, а В называется точкой Бойля, ТB - температура Бойля, она совпадает своим минимумом с осью давлений. Для многих веществ выполняется равенство
|
Участок изотермы ТB=const в области низких давлений близок к горизонтали. При Т=ТB реальный газ подчиняется законам идеальных газов, то же наблюдается и вблизи точки Бойля.
Изотермы, соответствующие температурам выше ТB, не имеют минимума в системе координат Рv,p-, для них всегда (d(Рv)/dР)Т>0, т.е. реальный газ имеет меньшую сжимаемость, чем идеальный.
Кривая Бойля КМВ совместно с кривой кипящей жидкости КО делят всю площадь диаграммы Рv,p- на две области:
слева от них (d(Рv)/dР)Т<0, т.е. сжимаемость реального вещества больше, чем идеального газа,
справа (d(Рv)/dР)Т>0, т.е. сжимаемость реального газа меньше, чем идеального.
В области двухфазного состояния OKNО (d(Рv)/dР)Т=-∞, т.е. Рv представляют вертикальные прямые, идущие вверх от линии кипящей жидкости КО до линии КN, где вся жидкая фаза перешла в пар. В этой области, как и в Р,v- диаграмме, изотермы совпадают с изобарами. На изотерме-изобаре в двухфазном состоянии сжимаемость газа и жидкой фазы не изменяется, изменяется только их количество в смеси. Линии ОК соответствует сжимаемость жидкости в состоянии кипения, а линии КN - газа (пара) при той же температуре.
| предыдущий параграф | содержание | следующий параграф |