Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Теория теплообмена. КПД тепловой машины. Атмосфера как гигантская тепловая машина. Облака и осадки. Циклоны, антициклоны, ураганы, торнадо. Общая циркуляция атмосферы.

Читайте также:
  1. I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УЧЕБНО-ОЗНАКОМИТЕЛЬНОЙ ПРАКТИКИ
  2. III. ОБЩАЯ ТИПОВАЯ ФРАЗЕОЛОГИЯ
  3. III.2 Теория специфических факторов производства П. Самуэльсона, Р. Джонса
  4. III.2.5. Общая схема физических измерений
  5. III.3 Теория Рыбчинского
  6. VI. Общая задача чистого разума
  7. А) Общая установка сознания

 

1. Термодинамическая система. Идеальный и реальный газы

 

Внутренняя энергия, теплота, работа. Первый закон термодинамики. Идеальный газ как термодинамическая система. Уравнение Клапейрона-Менделеева.

– основное уравнение МКТ идеального газа.

- ТЕМПЕРАТУРА – физическая скалярная величина, характеризующая интенсивность теплового движения молекул изолированной системы в условиях теплового равновесия.

Р ~ n

 

P ~ T

 

; k = 1,38·10–23 Дж·К – 1 . – уравнение Клаузиуса.

- Т = + 273 (К) – абсолютная температура (по шкале Кельвина).

 

Р = nkT – по существу данная формула уже есть уравнение состояния идеального газа.

уравнение Менделеева (1874 г.)

Установим связь параметров в двух разных состояниях газа: (m = const, M = const).

а) P 1, V 1, T 1 б) P 2, V 2, T 2

 

 

– Уравнение Клапейрона (1834 г.) французский физик.


Уравнение Ван-дер-Ваальса

Модель идеального газа (когда взаимодействием молекул пренебрегают) достаточно хорошо описывает поведение реальных газов при условиях, близких к нормальным (0˚С и 105 Па). Однако при высоких давлениях и температурах, близких к абсолютному нулю, расстояния между молекулами настолько уменьшаются, что становится необходимым учитывать размеры молекул и их взаимодействие друг с другом. Так, при давлении воздуха в 1000 атмосфер объем молекул составляет уже половину объема газа, поэтому пренебрегать им нельзя.

Голландский физик Ван-дер-Ваальс в 1873 году предложил ввести в уравнение Клапейрона-Менделеева (уравнение состояния идеального газа) поправки: р ´– внутренне давление газа, обусловленное взаимным притяжением его молекул, и b – объем, занимаемый самими молекулами. Тогда уравнение для 1 моля газа будет выглядеть так: (p + p ´)·(V – b) = RT, здесь p ´= – коэффициент, зависящий от природы газа.

Тогда для произвольного количества реального газа уравнение состояния имеет вид:

уравнение Ван-дер-Ваальса

или проще: . Уравнение является весьма приближенным, как впрочем, большинство физических законов, кроме законов сохранения электрического заряда, энергии, импульса и момента импульса.

 
 

Уравнение Ван-дер-Ваальса является кубическим относительно объема, поэтому оно имеет три корня для V, т. е. данному значению давления р при Т= const соответствуют три значения объема (см. рис. 1) V. В зависимости от величины Т эти корни могут быть либо все действительные и различные (тогда кривая р (V) имеет изгиб), либо два являются мнимыми (не соответствуют реальным состояниям системы) и только один действительным (тогда кривая р (V) монотонна). Изотерма, соответствующая наивысшей температуре, при которой уравнение Ван-дер-Ваальса имеет три действительных значения корня для V, называется критической, а эта температура – критической температурой.

 
 

Рассмотрим более подробно изотерму, изображенную на рис. 1. В этом случае все три корня уравнения Ван-дер-Ваальса – действительные: V 1= Vmin соответствует жидкому состоянию вещества, V 3= Vmax соответствует газообразному состоянию, V 2 соответствует динамическому равновесию между жидкостью и паром данного вещества. На участках 1-3 и 5-7 с уменьшением объема давление растет, что естественно. На участке 3-5 сжатие вещества приводит к уменьшению давления, такие процессы в природе не осуществляются. Наличие участка 3-5 означает, что при постепенном изменении объема вещество не может оставаться всё время в виде однородной среды; в некоторый момент должно наступить скачкообразное изменение состояния и распад вещества на две фазы (на два агрегатных состояния). Участок 2-3 соответствует состоянию перегретой жидкости, а участок 5-6 – пересыщенному пару. Истинная (реальная) изотерма имеет вид ломаной линии 7-6-2-1. участок 6-7 соответствует газообразному состоянию, а участок 2-1 – жидкому. В состояниях, соответствующих горизонтальному участку 6-2, наблюдается равновесие жидкой и газообразной фаз вещества. Вещество в газообразном состоянии, при Т < Т к,называется паром, а пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, есть насыщенный пар.

Если через крайние точки горизонтальных участков семейства изотерм (соответствующих различным температурам Т < Т к) провести линию, то получится колоколообразная кривая (см. рис. 2), ограничивающая область двухфазных состояний вещества. Эта кривая и критическая изотерма делят диаграмму состояний на четыре области: под кривой располагается область двухфазных состояний (жидкость + насыщенный пар), слева от неё, при Т < Т к,находится область жидкого состояния, а справа – область пара. Пар отличается от газа тем, что при изотермическом сжатии он превращается в жидкость. При Т > Т к, вещество может существовать только в газообразном состоянии, т. е. при Т > Т к вещество не может быть превращено в жидкость ни при каких давлениях. Иными словами, пар – это газ, находящийся при температуре, ниже критической. Отметим, что при критической температуре плотность и вязкость жидкости и газа одинаковы. Для воды Т к составляет 674 К = 374,15˚С, кислорода – 304 К, водорода – 13,2 К. Поэтому газообразная вода в атмосфере – это пар, так как Т < Т к, а кислород и азот в атмосфере – газы, так как их критические температуры (– 129˚С у кислорода и – 147˚С у азота) много ниже температуры атмосферы. Углекислота СО2 при Т >31,1˚С – газ, а при Т < 31,1˚С – пар.


Дата добавления: 2015-07-17; просмотров: 180 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Понятие о физической картине мира (ФКМ) | Физика как система научных физических теорий | МЕХАНИКА | Уравнение вращательного движения тел. Момент инерции | Момент импульса. Закон сохранения момента импульса | Прецессия земной оси. Движение полюсов и его причины | Силы инерции и силы гравитации | Адиабатический процесс | Молекулярные представления о диффузии, вязкости, теплопроводимости | Характеристики процессов переноса для жидкостей |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Механические колебания и волны| Теплоемкость газов. Уравнение Майера

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.006 сек.)