- •2.Угловая скорость
- •3. Первый закон Ньютона. Масса. Сила
- •4. Второй закон Ньютона
- •5. Третий закон Ньютона
- •7. Деформации твердого тела
- •8 Сила тяжести и вес.
- •9. Силы трения:
- •10. Энергия, работа, мощность
- •13. Закон сохранения импульса.
- •14. Закон сохранения энергии
- •15. Удар абсолютно упругих и неупругих тел
- •16. Момент импульса и закон его сохранения
- •17. Момент инерции
- •18. Кинетическая энергия вращения
- •19. Свободные оси. Гироскоп
- •20.21.Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции
- •22. Преобразования Галилея. Механический принцип относительности
- •23.26.Постулаты специальной (частной) теории относительности
- •25. Интервал между событиями
- •27. Релятивистское выражение для энергии.
- •29. Давление в жидкости и газе
- •30. Уравнение неразрывности
- •31.32. Уравнение Бернулли и следствия из него
- •33. Опытные законы идеального газа
- •34. Уравнение Клапейрона — Менделеева
- •35. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов
- •36. Закон Максвелла для распределения молекул идеального газа по скоростям и энергиям теплового движения
- •37. Барометрическая формула. Распределение Больцмана
- •38. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул
- •39. Явления переноса в термодинамически неравновесных системах
- •40. Первое начало термодинамики
- •41. Второе начало термодинамики
- •42.43. Энтропия, ее статистическое толкование и связь с термодинамической вероятностью
- •44. . Круговой процесс (цикл). Обратимые и необратимые процессы
- •45.46. Цикл Карно и его к. П. Д. Для идеального газа
- •47. Уравнение Ван-дер-Ваальса
- •23.Следствия из преобразований Лоренца
- •26.Преобразование скоростей в специальной теории относительности
- •27. Импульс в релятивистской механике Основной закон релятивистской динамики материальной точки
47. Уравнение Ван-дер-Ваальса
Как уже указывалось в § 60, для реальных газов необходимо учитывать размеры молекул и их взаимодействие друг с другом, поэтому модель идеального газа и уравнение Клапейрона—Менделеева (42.4) pVm=RT (для моля газа), описывающее идеальный газ, для реальных газов непригодны.
Учитывая собственный объем молекул и сил межмолекулярного взаимодействия, голландский физик И. Ван-дер-Ваальса (1837—1923) вывел уравнения состояния реального газа. Ван-дер-Ваальсом в уравнение Клапейрона—Менделеева введены две поправки.
1. Учет собственного объема молекул. Наличие сил отталкивания, которые противодействуют проникновению в занятый молекулой объем других молекул, сводится к тому, что фактический свободный объем, в котором могут двигаться молекулы реального газа, будет не Vm, a Vm -b, где b — объем, занимаемый самими молекулами. Объем b равен учетверенному собственному объему молекул. Если, например, в сосуде находятся две молекулы, то центр любой из них не может приблизиться к центру другой молекулы на расстояние, меньшее диаметра d молекулы. Это означает, что для центров обеих молекул оказывается недоступным сферический объем радиуса d, т. е. объем, равный восьми объемам молекулы, а в расчете на одну молекулу — учетверенный объем молекулы.
2. Учет притяжения молекул. Действие сил притяжения газа приводит к появлению дополнительного давления на газ, называемого внутренним давлением. По вычислениям Ван-дер-Ваальса, внутреннее давление обратно пропорционально квадрату молярного объема, т. е.
p' = a/V2m, (61.1)
где а— постоянная Ван-дер-Ваальса, характеризующая силы межмолекулярного притяжения, Vm — молярный объем.
Вводя эти поправки, получим уравнение Ван-дер-Ваальса для моля газа (уравнение состояния реальных газов):
(p+a/V2m)(Vm-b)=RT. (61.2)
Для произвольного количества вещества v газа (v=т/М) с учетом того, что V = vVm, уравнение Ван-дер-Ваальса примет вид
где поправки а и b — постоянные для каждого газа величины, определяемые опытным путем (записываются уравнения Ван-дер-Ваальса для двух известных из опыта состояний газа и решаются относительно а и b).
При выводе уравнения Ван-дер-Ваальса сделан целый ряд упрощений, поэтому оно также весьма приближенное, хотя и лучше (особенно для несильно сжатых газов) согласуется с опытом, чем уравнение состояния идеального газа.
Уравнение Ван-дер-Ваальса не единственное уравнение, описывающее реальные газы. Существуют и другие уравнения, некоторые из них даже точнее описывают реальные газы, но не рассматриваются из-за их сложности.
48. Термодинамическая температурная шкала определяется по одной реперной точке, в качестве которой взята тройная точка воды (температура, при которой лед, вода и насыщенный пар при давлении 609 Па находятся в термодинамическом равновесии). Температура этой точки по термодинамической шкале равна 273,16 К, (точно). Градус Цельсия равен Кельвину. В термодинамической шкале температура замерзания воды равна 273,15 К (при том же давлении, что и в Международной практической шкале), поэтому, по определению, термодинамическая температура и температура по Международной практической шкале связаны соотношением T=273,15+t. Температура T=0 называется нулем кельвин. Анализ различных процессов показывает, что 0 К недостижим, хотя приближение к нему сколь угодно близко возможно.