67. Внутренняя энергия реального газа (газа Ван-дер-Вальса). Сжижение газов и получение низких температур.

Внутренняя энергия газа Ван-дер-Вальса. U=U_{поступ.движ.}+U_{потен.энерг.взаимод.} δА=dU_{потен.энерг.взаимод.} , ,

, , Если V→∞, то U_{взаимод.}→0 ⇒ С=0 т.о. Изменение Т реального газа (газа Ван-дер-Вальса) возможно не только за счёт совершённой работы, но и за счёт изменения потенциальной энергии взаимодействия, которое сопутствует изменению энергии этого V.

Т_i – температура инверсии при которой эффект Джоуля-Томпсона меняет знак. Т_i = Т_i (V₁) , , , для большинства газов Т_i выше комнатной температуры. Для этих газов при охлаждении легко получается жидкая фаза, например N₂: Т_i =1063K, CO₂: Т_i =2073K, но О₂: Т_i =155К . Не и О₂ предварительно охлаждают и после этого проводится сжижение. Эффект Джоуля – Томпсона показывает, что внутренняя энергия для идеального газа и для модели реального газа (газа Ван-дер-Вальса), при процессах дросселирования происходит взаимный переход кинетической энергии и потенциальной энергии. Если Ткритич больше Ткомнатной, то газы можно превратить в жидкость путём сжатия в компрессоре. Если Ткритич меньше Ткомнатной, то нужно сначала охладить газ, потом сжимать. Сжиженные газы применяют: О₂ и Н₂ – самое высокоэнергетическое ракетное топливо, для заправки автомобилей и т.п.

68. Эффект Джоуля – Томпсона. Кривая инверсии.

Э ффект Джоуля – Томпсона - это изменение Т газа при адиабатическом дросселировании под действием постоянного перепада давления через пористую перегородку (дроссель). ∆Q=0 Q=U₂-U₁+A₂-A₁=0, U₂ +A₂= U₁+ A₁, U₂ +P₂V₂= U₁+ P₁V₁, H₁=H₂ изоэнтальпийный процесс. а) ν=1 моль, PV=RT, C_VT₁+ P₁V₁= C_VT₂+ P₂V₂, T=const. б) слева – реальный газ (газ Ван-дер-Вальса), справа – идеальный газ. , , , , , ; H₁=H₂ → Если Т₂-Т₁<0, то имеем дело с положительным эффектом Джоуля – Томпсона, Если Т₂-Т₁>0, то эффект Джоуля-Томпсона отрицательный. Т_i – температура инверсии при которой эффект Джоуля-Томпсона меняет знак. Т_i = Т_i (V₁) , , , для большинства газов Т_i выше комнатной температуры. Для этих газов при охлаждении легко получается жидкая фаза, например N₂: Т_i =1063K, CO₂: Т_i =2073K, но О₂: Т_i =155К . Не и О₂ предварительно охлаждают и после этого проводится сжижение. Эффект Джоуля – Томпсона показывает, что внутренняя энергия для идеального газа и для модели реального газа (газа Ван-дер-Вальса), при процессах дросселирования происходит взаимный переход кинетической энергии и потенциальной энергии. Если Ткритич больше Ткомнатной, то газы можно превратить в жидкость путём сжатия в компрессоре. Если Ткритич меньше Ткомнатной, то нужно сначала охладить газ, потом сжимать. Сжиженные газы применяют: О₂ и Н₂ – самое высокоэнергетическое ракетное топливо, для заправки автомобилей и т.п.

69. Строение твёрдых тел и их основные свойства. Симметрия и дефекты кристаллической решетки. Деформация.

Твёрдое тело — это одно из четырёх агрегатных состояний вещества, отличающееся от других агрегатных состояний (жидкости, газов, плазмы) стабильностью формы и характером теплового движения атомов, совершающих малые колебания около положений равновесия.

Твёрдые тела разделяют на кристаллические и аморфные .Строго говоря, твёрдыми телами являются только кристаллические вещества, тогда как вещество в аморфном виде следует рассматривать как некое предельное состояние очень вязких жидкостей. Примером может служить стекло, которое обычно воспринимается как тв1рдое тело. Однако в действительности стекло представляет собой бесконечно вязкую жидкость в метастабильном (неустойчивом) состоянии, которая очень медленно релаксирует к равновесному кристаллическому состоянию. При этом со временем стекло «мутнеет». Поэтому аморфные тело обладают основным свойством жидкостей – они изотропны, т.е. их различные мех. и физ. св-ва одинаковы в различных направлениях. Св-ва кристаллических тел характеризуется анизотропией, т.е. зависят от направления, что прямо связанно со структурой монокристаллов. Они имеют правильное геометрическое строение в виде различных видов кристаллических решёток.

Строение и симметрия кристаллов. Кристаллическая решётка может быть образованна различными частицами: ионами, атомами, молекулами. Типы решёток:

Ионная решётка (NaCl) образована положительными и отрицательными ионами, связь обеспечивается кулоновским взаимодействием ионов образующих решётку. Связь между ионами в такой решётке – ионная связь.

Атомная решётка образована находящимися в её узлах нейтральными атомами. Каждые 2 соседних атома связанны друг с другом общими электронами внешних оболочек атомов, т.е. валентными электронами, которые у них обобществлены. Связь ковалентная.

Молекулярная решётка (СО2 в твёрдом состоянии) образована молекулами, которые взаимодействуют посредством ван-дер-ваальсовых сил (притяжение) и сил отталкивания.

Металлическая решётка образована положительными ионами металла, окружёнными свободными электронами, которые представляют собой электронный газ (ферми-газ) коллективизированных валентных электронов всех атомов металлического образца, связь очень устойчива ⇒ устойчива решётка.

Типы кристаллических решёток: кубическая, тетрагональная, гексагональная, ромбоэдрическая, ромбическая, моноклинная, триклинная.

Дефекты кристаллических решеток. Строгая периодичность расположения атомов, молекул или ионов по узлам решётки в реальных кристаллах по разным причинам нарушается. Это приводит к появлению макродефектов (трещины, поры, инородные включения) и микродефектов, которые бывают точечными (вакантные узлы; узлы, занятые частицами другого сорта, и внедрённые атомы в междоузлия) и линейными. Линейные дефекты, называемые дислокациями, нарушают правильное чередование атомных плоскостей. Положение дислокации в кристалле может меняться во времени, т.е. дислокации способны двигаться по кристаллу ка некие нематериальные геометрические объекты.

Виды деформации тела. При деформации твёрдого тела под действием внешних сил его атомы и молекулы смещаются из первоначальных положений равновесия в новые. Этому перемещению частицы препятствуют силы её взаимодействия окружающими соседними атомами и молекулами. Если смещения всех частиц были не слишком большими, то после прекращения действия внешних ил атомы и молекулы возвращаются в исходные равновесные положения. В результате форма и размеры тела самопроизвольно восстанавливаются – под действием внутренних сил. Такая деформация называется упругой.

Простейшими видами деформации являются деформация растяжения – сжатия и сдвига. Деформация сдвига имеет место в том случае, когда плоские слои тела, параллельные некоторой плоскости, называемой плоскостью сдвига, смещаются относительно друг друга, не искривляясь и не изменяясь в размерах. Деформация изгиба реализуется в случае, когда к стержню или балке приложена сила, перпендикулярная к его осевой линии. В близи выпуклой поверхности деформированной балки слои растянуты, а возле вогнутой – жаты. Т.о., деформация изгиба сводится к деформациям растяжения и сжатия. Деформация кручения наблюдается, если один конец образца (проволоки или стержня) закреплён, а к другому концу приложена пара ил с вращательным моментом. Под действием момента сечения стержня поворачиваются на некоторый угол, который зависит от положения. Отдельные слои, заключённые между соседними сечениями стержня, разворачиваются относительно друг друга. При этом реализуется неоднородный сдвиг, когда отдельные участки слоёв, находящиеся на разных расстояниях от оси, сдвигаются на неодинаковые расстояния

7 0. Явление переноса в рамках МКТ. Среднее число столкновений и средняя длинна свободного пробега молекул. Законы диффузии, теплопроводности и вязкости. Выражения коэффициентов диффузии, теплопроводности и вязкости для идеальных газов, и связь между ними.

Процессы связанные тепловым движением, являются необратимыми, могут быть описаны/разделены на несколько категорий: 1. Явление диффузии связанно с переносом частиц из одной части системы в другую. 2. Теплопроводность связана с переносом Е с одной части системы в другую. 3. Вязкость или вязкое трение - связано с передачей импульса частиц из одной части в другую. С точки зрения МКТ эти явления имеют общую основу и в силу этого их можно объединить в явление переноса.

Т о, в каком виде мы рассмотрим, представляет собой совокупность процессов, приводящих к равновесному состоянию системы, и если мы никакими внешними воздействиями не поддерживаем состояние, то перенос закончится. Эти процессы – нестационарные процессы переноса, т.е. физическая величина будет изменятся по времени по некоторому экспоненциальному закону Если же каким-нибудь внешним воздействием мы будем поддерживать систему в состоянии , обеспечивая постоянный градиент системы G, который переносится, то это будут процессы стационарного переноса. Т.о. в результате у на есть перенос, который сопряжён с тем, что есть переносящие потоки. Направление возникновения потоков всегда направлены в сторону уменьшения переноса величины, т.е. против их градиента.

Рассмотрим основные закономерности явления переноса

Эффективность диаметральной молекулы. Рассмотрим две сферические частицы, которые могут сближаться центрами при столкновении. Диаметр каждой из них d. Площадь, ограничена таким образом – эффективное сечение молекул Ϭ, где d эффективный диаметр м олекул. Ϭ=πd2 Эффективный диаметр - расстояние на которое могут сблизится центры 2 молекул при столкновении. Введём понятие средней длинны свободного пробега - если за t=1 c молекула проходит путь равный < и при этом она испытывает число столкновений с другими молекулами, то средняя длина свободного пробега будет равна Если пренебречь изломом, то Средняя величина скорости для ломанной траектории λ= , λ~dx ⇒ - Уравнение переноса в общем виде.

①Диффузия. Явление самодиффузии – перемешивание частиц одного сорта. Газокинетические потоки отсутствуют и перемешивание только за счёт диффузии. n=const (n≠n(x)) G=n₁/n₀, n₀=1, ( ; .

②Теплопроводность. G= ; D = λ; R ; - Закон Фурье

③Вязкое сопротивление возникает, когда на хаотическое тепловое движение накладывается упорядоченное движение. , - Закон Ньютона ; η = – коэф.вязкости.

Взаимосвязь между D,æ,η : При Т↑все увеличиваются, т.к. <ϑ> ↑; æ ; При Т=const будет отсутствовать зависимость от р. Но с какого-то момента зависимость от р появляется, длина свободного пробега падает и когда она становится равна размеру системы, æ и η