Реальные газы. Водяной пар. Влажный воздух

Контрольные задания

2.1. Разрежение в газоходе парового котла, измеряемое тягомером,равно Рмм вод. ст. Определить абсолютное давление газов, еслипоказание барометра 730 мм рт. ст., и выразить его в МПа.

2.2 В закрытом сосуде объемом V находится воздух при давлении Р₁=0,8 МПа и температуре t₁=20⁰С. Какое количество теплоты необходимо подвести для того, чтобы температура воздуха поднялась до t₂=120⁰С?

2.3 Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы нагретьV м³ воздуха при постоянном избыточном давлении P = 2 ат. от t₁ = 120°Cдо t₂ = 450°C? Какую работу при этом совершит воздух?

Атмосферное давление принять равным 750 мм рт. ст.

№ задачи	Значение	№ варианта
2.1	Р, мм вод. ст.
2.2	V, л
2.3	V, м^3		2,2	2,4	2,6	2,8		3,2	3,4	3,6	3,8

Реальные газы отличаются от идеальных газов тем, что молекулы этих газов имеют конечные собственные объемы и связаны между собой силами взаимодействия, которые имеют электромагнитную и квантовую природу. Эти силы существуют между любыми молекулами при любых условиях и уменьшаются с увеличением расстояния между молекулами. При сближении молекул на малые расстояния силы притяжения резко уменьшаются и переходят в силы отталкивания, достигающие очень больших значений.

Из-за наличия сил взаимодействия между молекулами и конечности их объема законы идеальных газов, ни при каких условиях, не могут быть строго применимы к реальным газам.

При практических расчетах различных свойств реальных газов находит широкое применение величина отношения , которая получила название коэффициента сжимаемости. (Эта величина не является коэффициентом термодинамического сжатия).

Уравнение состояния Ван-дер-Ваальса является одной из первых попыток аналитически описать свойства реальных газов. Это уравнение наглядно показывает качественные особенности реальных газов и их отличие от идеальных.

Чем дальше состояние газа находится от области перехода в жидкость и чем больше расстояние между молекулами, тем меньше силы взаимодействия между ними и тем ближе состояние реального газа к идеальному. И наоборот, чем ближе состояние газа к области жидкости, тем силы взаимодействия больше и тем значительнее его отклонение от свойств идеального газа. Таким образом, при изучении свойств реальных газов необходимо учитывать силы взаимодействия между молекулами и объем самих молекул.

В первом приближении Ван-дер-Ваальс ввел в своем уравнении две поправки, которые учитывают отклонение реального газа от идеального.

Рассмотрим первую поправку, зависящую от объема самих молекул.

Уравнение Клапейрона можно представить в виде:

При увеличении давления объем будет υ уменьшаться, и если то . Это полностью согласуется с определением идеального газа, в котором молекулы занимают бесконечно малый объем.

Если же рассматривать реальный газ, у которого молекулы занимают конечный объем υ_мол, и учитывать объем зазоров между молекуламиυ_заз при их полной упаковке, то свободный объем для движения молекул будет равен: где .

Величина b – тот наименьший объем, до которого можно сжать газ.

При этих условиях уравнение Клапейрона принимает другой вид:

.

Вторая поправка, вводимая в уравнение состояния, учитывает влияние сил взаимодействия между молекулами.

В идеальном газе молекулы практически свободны в своем движении и удары о стенку сосуда ничем не ограничены, так как сил взаимодействия между молекулами не имеется.

В реальном газе при наличии сил взаимодействия между молекулами сила ударов о стенку сосуда будет меньше, вследствие того что все молекулы у стенки сосуда притягиваются соседними молекулами внутрь сосуда. Следовательно, и давление, оказываемое реальным газом по сравнению сидеальным, будет меньше на величину , которая представляет поправку на давление, учитывающую силы взаимодействия между молекулами.Эта поправка прямо пропорциональна как числу притягиваемых, так и числу притягивающих молекул, или прямо пропорциональна квадрату плотности газа, или обратно пропорциональна квадрату его удельного объема:

где а – коэффициент пропорциональности, принимающий для каждого газа определенное числовое значение, не зависящее от параметров состояния.

C учетом этого уравнение Ван-дер-Ваальса принимает вид:

Дата добавления: 2017-01-14