Изотермы Эндрюса и Ван-Дер-Ваальса. Метастабильные сотояния. Физический смысл критического сотояния

Для исследования поведения реального газа рас-м изотермы Ван-дер-Ваальса — кривые зависимости р от V _m при заданных Т, определяемые уравнением Ван-дер-Ваальса для моля газа.При высоких темп-рах (T > T _к) изотерма реального газа отличается от изотермы идеального газа только некоторым искажением ее формы, оставаясь монотонно спадающей кри­вой. При некоторой температуре T _к на изотерме имеется лишь одна точка перегиба К. Эта изотерма называется критической( T _к); точка перегиба К называется критической точкой.Соответствующие этой точке объем V _к, и давление р _к называются также критическими. Состояние с критическими парамет­рами (p _к, V _к, T _к) называется критическим состоянием. При низких темп-рах (Т < T _к) изотермы имеют волнообразный участок.Для пояснения характера изотерм преобразуем уравнение Ван-дер-Ваальса к виду Уравнение при заданных р и Т является уравнением третьей степени от­носительно V _m.Первому случаю соответствуют изотермы при низких темп-рах (три значения объема газа V ₁, V ₂ и V ₃ отвечают одному значению давления р ₁), второму случаю -изотермы при высоких темп-рах.Вещество в газообразном состоянии при температуре ниже критической называется паром, а пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным. Данные выводы, следующие из анализа уравнения Ван-дер-Ваальса, были под­тверждены опытами ирландского ученого Т. Эндрюса.Отличие экспериментальных (Эндрюс) и те­оретических (Ван-дер-Ваальс) изотерм заключается в том, что превращению газа в жидкость в первом случае соответствуют горизонтальные участки, а во вто­ром — волнообразные. Для нахождения критических параметров подставим их значения в уравнение и запишем . Поскольку в критической точке все три корня совпадают и равны V _к уравнение приводится к виду Tax как эти уравнения тождественны, то в них должны быть равны и коэф-ты при неизвестных соответствующих степеней. Поэтому можно записать

Решая полученные уравнения, найдем Сравнивая изотерму Ван-дер-Ваальса с изотермой Эндрюса (верхняя кривая на рис2), видим, что последняя имеет прямолинейный участок 2 — 6, соответствующий двухфазным состояниям вещества. Правда, при некоторых условиях могут быть ре­ализованы состояния, изображаемые участками ван-дер-ваальсовой изотермы 5— 6 и 2 — 3. Эти неустойчивые состояния называются метастабильными