Системи молекул. Рідкий та газоподібний стани речовини

Енергію частинки тіла можна розділити на енергію взаємодії з іншими частинками та теплову енергію поступального руху частинки. Потенціальна енергія притягування між молекулами від’ємна. Кінетична енергія, пов’язана з неперервним рухом, має позитивне значення і за порядком величини дорівнює kT. Потенціальна енергія характеризує інтенсивність сил зв’язку між молекулами, то наявність кінетичної енергії Е _к>0 зумовлює тенденцію розбігання молекул. Кінцевий результат протидії двох тенденцій залежить від співвідношення U та Е _к.

1. Якщо сума Е _к+ U (r) > 0, молекули прагнуть розійтись на нескінченно великі відстані, і система знаходиться у газоподібному стані: Е _к ≈ kТ >> | U |.

2. При стисненні газу його густина збільшується і середня відстань r між молекулами зменшується. При цьому зменшується (збільшується за модулем) і потенціальна енергія взаємодії молекул. Мінімальне значення U (r) досягається при r = r₀. І якщо кінетична енергія руху молекул Е _к ≈ kТ не дуже велика (тобто не дуже висока температура речовини Т), то в певний момент можна досягти такого значення U (r), що Е _к ≈ kТ < | U | і Е _к+ U < 0. Тепер молекули утримуються одна біля одної і займають обмежений об'єм. Іншими словами, речовина перейде з газоподібного стану в рідкий або твердий стан. Частіше, хоча і не завжди, при стиснені газу виникає саме рідкий стан.

Оскільки мінімальне значення потенціальної енергії взаємодії молекул при r = r ₀ має досить певну величину, то при достатньо високій температурі Т > Т _кр сума Е _к + U не зможе стати від’ємною. Значить, існує температура, вище якої газ не може бути переведений в рідкий стан просто збільшенням тиску (зменшенням об'єму). Така температура називається критичною, Т _кр. При зменшенні тиску процес розвивається у протилежному напрямку – система молекул з рідкого стану переходить у газоподібний.

Дата добавления: 2014-01-11