Microsoft Word Лекциялар жинағы Физик doc

Карно теоремалары:
1. Суытқыш пен қыздырғыштың берілген температурасында жұмыс істейтін жылулық машинаның ПӘК-і суытқышпен қыздырғыштың сол температурасындағы қайтымды Карно циклы бойынша жұмыс істейтін машинаның ПӘК-нен жоғары бола алмайды.
Карно циклының ПӘК-і жұмыстық дененің тегіне тәуелсіз.

10 лекция НАҚТЫ ГАЗДАР

Егер газ идеалдық шарттарға бағынбаса оны нақты газ деп атайды. Нақты газдың күй теңдеуін алу үшін Голландия физигі Ван-дер-Ваальс Менделеев- Клапейрон теңдеуіне молекула өлшемдері мен олардың өзара тартылу күштерін ескеретін түзетулерді еңгізді.

1. 
   Молекулалардың меншікті көлемін ескеру
   

Бір моль идеал газ үшін жазылған
pV_M  RT
Менделеев-Клапейрон

теңдеуіндегі – V_M
қозғалыстағы молекулаға берілген ыдыс көлемі. Нақты газ

үшін осы көлемнің кейбір ^b бөлігін молекулалардың өздері алады. Сондықтан

нақты газ молекулаларына шын мәнінде берілген көлем
V_M  b –ға тең. Сонда
^VM –дан кем және

pV_M  b  RT
Теориялық есептеулерге сәйкес бір моль газ молекулаларының өздері алып ^жатқан b ^{көлемі жуықтап алғанда сол молекулалардың төрт еселенген меншікті} көлеміне тең:
b  4γN_A

2. 
   Молекулалардың өзара тартылуын ескеру
   

Менделеев-Клапейрон теңдеуіндегі ыдыс қабырғаларының газға келтірілген p қысымы сыртқы қысым болып табылады. Нақты газ молекулаларының өзара тартылу күштерінің әсері газдың қосымша сығылуына
әкеледі, яғни қосымша ^p ішкі қысымды туғызады. Сондықтан реал газдың
^{шын мәніндегі қысымы} p ^{–дан жоғары және p  p–ға тең. Сонда}

^ p  ^V_M

• 
  b  RT _.
  

 _VM 




Газдың кез келген m массасы үшін Ван-дер-Ваальс теңдеуі:


_ 2
m

^ p 


_{ M} 2

2 ^VM
_



a

V

M _

• 
  ^m b^  ^m M _ M
  

RT _.

Теңдеудегі a және b - әр газ үшін тұрақты шамалар. Оларды тәжірибе жүзінде анықтауға болады.

Ван-дер-Ваальс изотермалары.

Ван-дер-Ваальс теңдеуін ^VM
–ға қатысты

жазайықта оның pV -координатадағы графиктерін әр түрлі температура үшін тұрғызайық. (сурет)

pV ³  pb  RT V ²  aV

• 
  ab  0
  

М M M


Эндрюс тәжірибесі
Ван-дер-Ваальс изотермалары тәртібінің физикалық мағынасын анықтау үшін ағылшын химигі Эндрюстің 1869ж. қойған тәжірибесінің нәтижелерін пайдаланған жөн. Эндрюс көмірқышқыл газдың изотермаларын зерттеген.
Тәжірибелік изотермалардың горизонталь аймақтары тұрақты қысымда өтетін газдың сұйық күйге айналу кезеңіне сәйкес келеді. Басқаша айтқанда, осы аймақта екі фаза - сұйық және газ - бірдей тіршілік етеді.
Өз сұйығымен динамикалық тепе-теңдікте болатын бу қаныққан бу деп аталады.
Қысымның сол жағдайдағы мәні қаныққан бу қысымы деп аталады.
Қаныққан бу қысымы көлемге тәуелсіз. Қаныққан бу қысымының температураға тәуелділігі төмендегі суретте көрсетілген

Берілген температурада ауа құрамындағы су буының
^pH O
парциал

қысымының, сол температурадағы қаныққан будың
2

p₀ қысымына, пайызбен

өрнектеліп алынған қатынасы, ауаның салыстырмалы ылғалдылығы деп аталады:

Кризистік параметрлер
_{ϕ } ^pH O
p₀
2

100%

Берілген газ үшін кейбір T_к
температурадан жоғары теапературадағы газды

сығу арқылы сұйыққа айналдыру мүмкін емес. Сол температураны кризистік температура деп атайды. Сонда бу дегеніміз кризистік температурадан төмен температурадағы газ.
Кризистік температурадағы нақты газдың изотермасындағы К бүгілу

нүктесіне сәйкес келетін көлеммен қысымды ^Vк
кризистік қысым деп атайды.
кризистік көлем және ^pк

Газдың кризистік параметрлері a және ^b түзетулерімен байланысқан:

_{T } 8a _,

V  3b _,
p  ^a _.

^к 27bR ^{к к} 27b²


Нақты газдың ішкі энергиясы. Джоуль-Томсон эффектісі.

Нақты газдың ішкі энергиясы оны құрайтын молекулалар қозғалысының кинетикалық энергиясымен олардың өзара әсерлесуінің потенциалдық энергиясының қосындысы болып табылады:

U  E_к  E_п

Молекулалардың өзара әсерлесуінің
^Eп потенциалдық энергиясы

олардың арақашықтығына тәуелді, сондықтан
^E_п көлемге тәуелді болуға

тиісті. Сыртқы ортаменен энергияның алмасуы болмаса, көлемі өзгергенде газдың ішкі энергиясының ^U қоры тұрақты болып қалады. Олай болса
E_п  E_к
яғни, нақты газдың көлемі өзгергенде потенциалдық энергияның өзгерісі салдарынан молекулалар қозғалысының кинетикалық энергиясыда өзгереді.

E_к  C_VT
теңдігі нақты газ үшінде орындалады, себебі ^C_V
оның молекулалар

қозғалысының кинетикалық энергиясымен ғана анықталады. Сонда
E_п  С_V  T
Сыртқы денелермен жұмыс атқарылмаса және олармен жылу алмасуы болмаса, көлемі өзгергенде нақты газдың температурасыда өзгереді.
Тек нақты газдарда болатын бұл құбылысты Джоуль-Томсон эффектісі дейді. Егер ұлғаю кезінде газдың температурасы төмендесе, Джоуль- Томсон эффектісін оң дейді, ал егер газдың температурасы жоғарласа – теріс дейді.
Джоуль-Томсон эффектісінің таңбасы a және b түзетулерінің қайсысы үлкенірек роль атқаратынына байланысты.
Екі жағдайды жеке алып қарастырайық:

1. 
   Ван-дер-Ваальс теңдеуіндегі ^a түзетуді елемеуге болады,
   
2. 
   Ван-дер-Ваальс теңдеуіндегі ^b түзетуді елемеуге болады.
   

Бірінші жағдайда тек тебілу күштері есепке алынады. Сонда

E_п  E_п  Е  0
2

п

1
Олай болса
Т  0
.

Екінші жағдайда тек тартылу күштері есепке алынады

Сонда
E_п  E_п2  Е_п1  0

Олай болса Т  0
Температурамен қысымға байланысты берілген бір газ үшін немесе ^a , немесе b түзетуінің ролі үлкенірек болады. Қысыммен температураның кейбір мәндерінде a және ^b түзетулерінің рольдері бірдей болады. Бұл
жағдайда Джоуль-Томсон эффектісі нөлге тең. Нақты газдың осы күйін инверсия нүктесі деп атайды. Инверсия нүктелерінің жиынтығы инверсия қисығын түзейді.