Внутренняя энергия реального газа

Внутренняя энергия реального газа складывается из кинетической энергии теплового движения его молекул (определяет внутреннюю энергию идеального газа, равную С_VТ) и потенциальной энергии межмолекулярного взаимодействия. Потенциальная энергия реального газа обусловлена только силами притяжения между молекулами. Наличие сил притяжения приводит к возникновению внутреннего давления на газ:

p^/= .

Работа, которая затрачивается для преодоления сил притяжения, действующих между молекулами газа, как известно из механики, идет на увеличение потенциальной энергиисистемы, т. е. δA=p'dV_m

или δW_p = dV_m, откуда

W_p = -a/V_m

(постоянная интегрирования принята равной нулю). Знак минус означает, что молекулярные силы, создающие внутреннее давление р^/, являются силами притяжения. Учитывая оба слагаемых, получим, что внутренняя энергия моля реального газа

U_m=C_VT - a/V_m (9.7)

растет с повышением температуры и увеличением объема.

Если газ расширяется без теплообмена с окружающей средой (адиабатический процесс, т.е. δQ = 0)и не совершает внешней работы (расширение газа в вакуум, т.е. δΑ = 0),то на основании первого начала термодинамики:

δQ = (U₂—U₁) + δA

получим, что

U ₁ = U ₂. (9.8)

Следовательно, при адиабатическом расширении без совершения внешней работы внутренняя энергия газа не изменяется.

Равенство (9.8) справедливо как для идеального, так и для реального газов, но физический смысл его для обоих случаев совершенно различен.

Для идеального газа равенство U ₁ = U ₂означает равенство температур (T ₁ = Т ₂),т.е. при адиабатическом расширении идеального газа в вакуум его температура не изменяется.

Для реального газа из равенства (9.8), учитывая, что для моля газа

U ₁ = C_VT ₁ – a/V ₁

U ₂ = C_VT ₂- a/V ₂,(9.9)

получаем

T ₁ - Т ₂ = .

Так как V ₂ > V ₁,то Т ₁ > Т ₂,т.е. реальный газ при адиабатическом расширении в вакуум охлаждается. При адиабатическом сжатии в вакуум реальный газ нагревается.