Свойства реальных газов

При повышении плотности изменяются свойства Газов, они перестают быть идеальными. Уравнение состояния оказывается неприменимым, т. к. средние расстояния между молекулами Газы становятся сравнимыми с радиусом межмолекулярного взаимодействия. Для описания термодинамических свойств неидеальных, или, как их чаще называют, реальных, Газы пользуются различными уравнениями состояния, имеющими более или менее строгое теоретическое обоснование. Простейшим примером уравнения, которое качественно правильно описывает основные отличия реального Газы от идеального, служит уравнение Ван-дер-Ваальса. Оно учитывает, с одной стороны, существование сил притяжения между молекулами (их действие приводит к уменьшению давления Газы), с другой стороны — сил отталкивания, препятствующих безграничному сжатию Газов (см. Ван-дер-Ваальса уравнение).

К наиболее теоретически обоснованным, во всяком случае для состояний, удалённых от критической точки, относится вириальное уравнение состояния.

Значения вириальных коэффициентов В, С и т. д. определяются соударениями молекул: парными (В), тройными (С) и более высокого порядка для последующих коэффициентов. Существенно, что вириальные коэффициенты являются функциями только температуры.

В Газы малой плотности наиболее вероятны парные столкновения молекул, т. е. для такого Газы в разложении (7) можно пренебречь всеми членами после члена с коэффициента В. В соответствии с температурным изменением В, при т. н. температуре Бойля ТВ (см. Бойля точка) В обращается в нуль, и умеренно плотный Газы ведёт себя как идеальный, т. е. подчиняется уравнению (5). Физически это означает, что при ТВ межмолекулярные силы притяжения и отталкивания практически компенсируют друг друга. Существование межмолекулярного взаимодействия в той или иной степени сказывается на всех свойствах реальных Газы Внутренняя энергия реального Газы оказывается зависящей от его объёма (от расстояний между молекулами), т. к. потенциальная энергия молекул определяется их взаимными расстояниями.

С межмолекулярным взаимодействие связано также изменение температуры реального Газы при протекании его с мало постоянной скоростью через пористую перегородку (этот процесс называется дросселированием). Мерой изменения температуры Г при дросселировании служит Джоуля — Томсона коэффициент который в зависимости от условий может быть положительным (охлаждение Газы), отрицательным (нагрев Газы) либо равным нулю при т. н. температуре инверсии. Эффект охлаждения Г при дросселировании широко применяется в технике как один из методов сжижения газов.

Внутреннее строение молекул Газы слабо влияет на их термические свойства (давление, температуру, плотность и связь между ними). Для этих свойств в первом приближении существенна только молекулярная масса Газы Напротив, калорические свойства Газы (теплоёмкость, энтропия и др.), а также его электрические и магнитные свойства существенно зависят от внутреннего строения молекул. Например, для расчёта (в первом приближении) теплоёмкости Газы при постоянном объёме cv необходимо знать число внутренних степеней свободы молекулы (т. е. число возможных внутренних движений) iвн. В соответствии с равнораспределения законом классической статистической физики на каждую степень свободы молекулы Газы (поступательную, колебательную, вращательную) приходится энергия, равная 1/2 · kT. Отсюда теплоёмкость 1 моля

Для точного расчёта калорических свойств Газы необходимо знать уровни энергии молекулы, сведения о которых в большинстве случаев получают из анализа спектров Газы Для большого числа веществ в состоянии идеального Газы калорические свойства вычислены с высокой точностью и их значения представлены в виде таблиц до температур 10—22 тыс. градусов.