Термодинамические параметры Кристаллическое состояние

Лекции по физике. Механика, динамика, колебания Молекулярная физика и термодинамика

Термодинамический потенциал Гиббса.

Так называется функция состояния, определяемая следующим образом:

.  (12)

Её полный дифференциал равен

.

Следовательно, естественными переменными для функции  являются  и . Частные производные этой функции равны

.

Реальные газы

Поведение газов хорошо описывается уравнением Менделеева-Клайперона Уравнение состояния идеального газа

  (1)

P, атм

PV, атм×л

,

атм×л

1

100

200

500

1000

1.000

0.994

1.048

1.390

2.069

1.000

1.000

1.009

1.014

0.893

только при малых плотностях, т.е. при не слишком больших давлениях и достаточно высоких температурах. С повышением давления и уменьшением температуры наблюдается значительные отступления от этого уравнения. Во втором столбце таблицы приведены значения произведений PV, для массы азота, занимающей при нормальных условиях объем, равный одному литру. Указанные значения даны для различных давлений и одной и той же температуры 0°С.

  В соответствии с уравнением (1) произведение PV при неизменной температуре должно оставаться постоянным. В действительности, как видно из таблицы, при давлениях порядка 200 атм наблюдаются заметные отклонения, которые непрерывно возрастая с увеличением давления, достигают при 1000 атм более 100%. Эти отклонения не представляются удивительными, поскольку при увеличении плотности начинают играть все большую роль объем молекул и взаимодействие между ними.

Уравнение состояния реального газа

Для описания поведения газов в широком интервале плотностей было предложено много различных уравнений. Самым простым из них и вместе с тем дающим достаточно хорошие результаты оказалось уравнение Ван-дер-Ваальса. Это уравнение получено путем внесения поправок в уравнение (1)

.  (2)

1) Из-за взаимного притяжения между молекулами газ как бы сжимается большим давлением, чем давление Р, оказываемое на газ стенками сосуда, в котором он заключен. Поправка Рi характеризует ту добавку к внешнему давлению, которая обусловлена взаимным притяжением молекул друг к другу. Заметные воздействия молекул друг на друга осуществляется в пределах небольших расстояний, называемых радиусом молекулярного действия. Сила взаимного притяжения двух элементарных объемов, имеющих радиусы порядка этого радиуса, пропорциональна как числу молекул, заключенных в одном из объемов, так и числу молекул, заключенных в другом объеме. Каждое из этих чисел в свою очередь пропорционально числу молекул в единице объема, т.е. обратно пропорционально объему газа. Этими соображениями можно пояснить то обстоятельство, что поправка к давлению имеет вид:

,

где а – постоянная.

Термодинамические потенциалы или функции состояния Все законы в термодинамике основываются на использовании функций состояния, называемых термодинамическими потенциалами.

Вследствие того, что молекулы обладают конечным объемом, пространство, доступное для движения молекул, оказывается меньшим, чем объем сосуда V.

Это уравнение третьей степени по V , в которое давление Р входит в качестве параметра. Поскольку его коэффициенты вещественны, уравнение имеет либо один вещественный корень, либо три корня.

Возьмем достаточно разреженный газ при температуре ниже критической. Исходное состояние его на диаграмме PV изображается точкой E (рис. 1).

Эффект Джоуля - Томсона Различают дифференциальный и интегральный эффекты Джоуля-Томсона.

Смешанные частные производные некоторой функции  удовлетворяют условию .

Рассмотрим простейший случай разреженного газа, когда члены, содержащие a и b, являются малыми поправками.

При приближении частоты вынужденных колебаний к частоте собственных колебаний амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает. Это явление называется При изучении темы "Волны" следует обратить внимание на картину мгновенного распределения смещений и скоростей частиц среды в бегущей волне. Здесь вводится понятие длины волны, скорости распространения волны, волнового числа
Диффузия в газах