Изотермы Ван-дер-Ваальса
Наиболее интересно рассматривать уравнение (5) при Т = const — изотермический процесс. При любом фиксированном давлении (5) представляет собой уравнение третьей степени относительно v.
Если температура очень велика (кривая 1 на рис. 7), то при любом давлении изобара р = const пересекает изотерму в одной единственной точке. С понижением температуры на изотерме появляется точка перегиба (точка К на кривой 2 ). Как указывалось ранее, такая изотерма называется критической. Можно показать, что теория Ван-дер-Ваальса дает следующие значения критических параметров вещества:
При более низких температурах на изотерме появляется волнообразный участок (кусок ABCDE кривой 3 ). Если рв < p < pD-, тоуравнение (6) имеет три корня: VA, VC и Ve (рис. 7).
Волнообразные участки изотерм Ван-дер-Ваальса расположены на тех же местах, где и горизонтальные плато реальных изотерм (см. предыдущую лекцию), то есть, в двухфазной области. Существование различия понятно: при выводе уравнения Ван-дер-Ваальса не учитывалась возможность распада вещества на две фазы (газовую и жидкую) с различными плотностями. Тем не менее, состояния, соответствующие некоторым точкам волнистых кусков теоретических изотерм, могут быть реализованы на практике.
Рассмотрим более подробно изотерму реального газа (Т < Tk) с наложенной на нее соответствующей изотермой Ван-дер-Ваальса (рис. 8). Пунктирный участок BCD соответствует однофазным состояниям, которые абсолютно неустойчивы (вещество распадается на две фазы) и поэтому не существуют в природе. Участки АВ и DE соответствуют метастабильным состояниям, которые могут быть реализованы при условии отсутствия контакта с более устойчивыми фазами.
Так, участок АВ отвечает перегретой жидкости. Например, тщательно очищенную от примесей дистиллированную воду можно нагреть при атмосферном давлении значительно выше 100 градусов Цельсия без закипания. Но если в воду попадут пузырьки газа — она немедленно вскипит.
Участок DE — пересыщенный пар, то есть пар, давление которого превышает давление насыщенного пара при данной температуре. Пересыщенный водяной пар образуется высоко в стратосфере, где воздух очень чистый и нет центров конденсации. Пролетающий реактивный самолет выбрасывает несгоревшие частички топлива, которые становятся такими центрами и вызывают появление ясно видимого белого туманного следа — мельчайших капелек сконденсировавшейся из пара воды.
Дата добавления: 2015-08-11; просмотров: 1288;