28 Вопрос Теория ассоциации и уравнения состояния реальных газов

Представив процесс ассоциации как химическую реакцию, в которой одновременно с образованием двойных молекул из одиночных происходит и обратный процесс, можно на основе условий равновесия между одиночными и двойными молекулами установить связь между результирующей скоростью суммарного процесса и температурой. Исходя из этих предпосылок, уравнение состояния реальных газов было представлено в виде формулы

, (6.28)

где – константы, определяемые природой реального газа; в частности, для водяного пара при не очень высоких давлениях а = 620 н·м⁴/кг²;

b = 0,0009м³/кг; m = 1,968; С = 405000 м³·град/кг.

Уточнение этой формулы применительно к водяному пару как к смеси газов, состоящих из ассоциаций различной крупности, с привлечением новейших экспериментальных данных позволило получить уравнение Вукаловича – Новикова в его современной форме, в которой оно пригодно и для области высоких давлений .

В наиболее общем виде, учитывающем взаимодействие между молекулами реального газа во всей его сложности, уравнение состояния может быть представлено в форме так называемого вириального ряда

(6.29)

где коэффициенты А₀, А₁, А₂..– являются функциями температуры и называются вириальными коэффициентами.

Конкретным примером вириального уравнения состояния реального газа является уравнение, разработанное в 1937–1946 гг. американским физиком Дж. Манером и независимо от него советским математиком Н. Н. Боголюбовым, которое имеет следующий вид

. (6.30)

1 Вопрос. Основные понятия термодинамики.

Термодинамика - это наука о свойствах энергии в различных ее ви­дах, а также о закономерностях перехода от одних тел к другим и из одно­го вида в другой. Основой этой науки являются два закона природы, дос­товерность которых подтверждается всем опытом человечества - первый и второй законы термодинамики.

Фундаментальными понятиями технической термодинамики являют­ся теплота и работа. Оба эти понятия неразрывно связаны с процессами передачи энергии от одних тел к другим.

Совокупность тел, участвующих в таких процессах, рассматривае­мая в энергетическом взаимодействии с внешней средой, называется тер­модинамической системой. Если термодинамическая система не может отдавать энергию в ка­кой бы то ни было форме вовне и не может получать извне, то она называ­ется изолированной; если система не может обмениваться теплотой с ок­ружающими телами, но способна совершать над ними работу или быть объектом внешней работы, то она называется термически изолированной; наконец, если система не может совершать работу над окружающими те­лами или быть объектом внешней работы, но способна к взаимному тепло­обмену с этими телами, то она называется механически изолированной.

Внутренняя энергия тела обусловлена невидимым движением со­ставляющих его молекул и наличием сил взаимодействия между ними. Суммарный запас ки­нетической и потенциальной энергий всех молекул тела образует его внут­реннюю или тепловую энергию, обозначаемую в дальнейшем буквой U.

Передача энергии от одного тела к другому может происходить дву­мя принципиально различными способами. первое тело совершает над вторым механическую работу, измеряемую произведением силы на путь. При этом величина работы равна убыли запаса энергии у тела, совершающего рабо­ту, и увеличению запаса энергии у тела, над которым совершается работа.

энергия переходит от более нагретого тела к менее нагретому телу непосредственно, без совер­шения механической работы. В этом случае передаваемая энергия называ­ется теплотой, а сам процесс передачи энергии - теплообменом. В ре­зультате теплообмена тепловая энергия у более нагретого тела уменьшает­ся, а у менее нагретого - увеличивается.

Для осуществления такого процесса в тепловом двигателе рабочее тело, с помощью которого он совершается, должно обладать способностью легко и быстро расширяться или сжиматься. Этому требованию удовле­творяют газы и пары, поскольку вследствие хаотического движения слабо связанных между собой молекул они всегда занимают весь предоставлен­ный им объем.

одной из важнейших задач технической термоди­намики является изучение физических свойств газов и паров. У газов размеры молекул исчезающе малы по сравнению с расстоянием между ними и силы взаимного притяжения ничтожны. По­этому для простоты, без существенной погрешности, их можно отнести к идеальным газам, у которых силы молекулярного притяжения вообще отсутствуют, а сами молекулы представляют собой материальные точки, объем которых равен нулю.

В противоположность этому такое упрощение применительно к па­рам и дает большую погрешность, поэтому в технической термодинамике они относятся к реальным газам, и их свойства изучаются с учетом как сил взаимного притяжения молекул, так и конечности их объема.