Реальный газ

Газ, свойства которого (в отличие от идеального газа) зависят от взаимодействия молекул, называется реальным. Реальные газы хорошо описываются моделью классического идеального газа, если они достаточно разреженные (давления малые) и имеют высокую температуру.

Молекулы реального газа имеют собственный объем, за счет чего фактический свободный объем, в котором могут двигаться молекулы, равен V - b, где b - объем, который занимают собственно молекулы. Кроме того, действие сил притяжения вызывает увеличение давления на величину p¢ = а/V ², где a - константа. Таким образом, уравнение состояния реального газа (уравнение Ван дер Ваальса) для одного моля имеет вид:

(р + р¢)(V - b) = RT. (7.29)

Типичные значения констант а и b для некоторых газов приведены в табл. 7.1.

Табл. 7.1 –Константы Ван дер Ваальса для некоторых газов

Примечание: 1 м⁴×Н/моль = 1 Дж×м³/моль² =10 л×бар/моль²; 1 м³/моль = 10³ л/моль

Иоганн Ван дер ВААЛЬС (1837-1923) Голландский ученый, известный как автор уравнения состояния реальных газов и жидкостей. За эти исследования получил Нобелевскую премию 1910 года. Был первым, кто понял необходимость учета объема молекул и межмолекулярных сил во время установления соотношений между давлением, объемом и температурой газов и жидкостей.

Изотермы реального газа приведены на рис. 7.6. В случае высоких температур изотерма реального газа не отличается от изотермы идеального газа. При определенной температуре Т_кр (критическая температура) на изотерме наблюдается перегиб. Под пунктирной линией расположена область двухфазных состояний Ж+П (жидкость и насыщенный пар), слева от нее находится область жидкого состояния Ж, а справа – область пара П. Пар отличается от других газообразных состояний Г тем, что во время изотермического сжатия претерпевает процесс сжижения. Газ Г при температуре, большей критической, не может быть преобразован в жидкость.

Изохорный переход из точки А в точку В и далее изобарный переход из точки В в точку С дают возможность получить жидкость из газа. На этом основан принцип сжижения газов.

Рис. 7.6. Изотермы реального газа (пояснения в тексте)

Пример

Один моль двуокиси углерода при температуре 293 К занимает объем 2 л. Определить давление, создаваемое газом, при помощи уравнений состояния идеального и реального газов.