Реальные газы и их свойства

Реальным газом называется газ, у которого необходимо учитывать объем, силы взаимодействия и межмолекулярные расстояния.

Между молекулами реальных газов действуют силы взаимного притяжения и силы отталкивания. При очень малых расстояниях преобладают силы отталкивания, а с увеличением расстояний начинают преобладать силы притяжения. Поэтому молекулы реального газа обладают внутренней потенциальной энергией. Внутренняя потенциальная энергия реальных газов зависит от среднего расстояния между молекулами, и в противоположность внутренней энергии реального газа, зависит также от удельного объема и давления. Внутренняя потенциальная энергия реальных газов может быть отрицательна, когда средние расстояния велики и преобладают силы притяжения и положительна с увеличением удельного объема.

Сжимаемость реальных газов – способность вещества изменять свой объем под действием всестороннего давления. Наличие у молекул реальных газов конечного по величине объема и сил притяжения между молекулами являются отличительными признаками реальных газов от идеальных, это влияние особенно четко сказывается на сжимании реального газа.

Величину сжимаемости характеризует коэффициент сжатия β, который выражает уменьшение единичного объема при увеличении давления на одну единицу:

,

где ∆V и ∆ρ – изменение объема V и плотности ρ при изменении давления на величину ∆P. Коэффициент β зависит от Р и Т, с увеличением Р коэффициента β уменьшается и растет с увеличением Т. Сжатие может происходить при Т=const – изотермическое и с одновременным разогревом сжимаемого тела, например в адиабатном процессе. Для оценки сжимаемости используют уравнение состояния Pυ=RT/

Сжимаемость газов при давлениях до 1 кбар=10⁸ Па, по мере приближения их плотности к плотности жидкостей становится близкой к сжимаемости жидкостей.

При повышении плотности свойства газов изменяются, и они перестают быть идеальными. При этом расстояние между молекулами газа становятся сравнимыми с радиусом межмолекулярного взаимодействия. Для описания термодинамических свойств реальных газов используется уравнение Ван-дер-Ваальса (лауреат нобелевской премии 1910)

или (1.74)

Это уравнение отличается от уравнения состояния идеальных газов наличием двух поправок. Поправка «» - учитывает уменьшение давления, обусловленное взаимным притяжением. Поправка «b» - учитывает конечный объем молекул и силы отталкивания, возникающее между ними, где «а» - коэффициент пропорциональности. Численные значения постоянных а, b, R подсчитываются по критическим параметрам вещества: Tk – критической температуре, Pk – критическому давлению, Vk – критическому удельному объему, которые определяются экспериментально.