Gaz rzeczywisty 1 l azotu w warunkach normalnych

Gaz rzeczywisty ?

1 l azotu w warunkach normalnych, T = 273 K = const. p [Atm] p. V [Atm·l] 1 100 200 500 1000 1. 000 0. 994 1. 048 1. 390 2. 069 ? 1 Atm = 1. 01· 105 Pa

gaz ciecz ciało stałe

Objętość gazu rzeczywistego nie może zmaleć poniżej pewnej wartości granicznej b objętość cząsteczek gazu Pojawia się oddziaływanie miedzycząsteczkowe (przyciąganie) – następuje wzrost ciśnienia wywieranego na gaz

Potencjał Lennarda-Jonesa • krótkozasięgowy • dla małych odległości – silne odpychanie • dla dużych odległości - przyciąganie Przypomnienie – energia potencjalna ~ potencjału Siła

siły przyciągania (van der Waalsa) i odpychania powłok elektronowych (dominujących na bardzo małych odległościach)

Zasięg sił przyciągania miedzycząsteczkowego jest ograniczony. Sfera o promieniu - sfera działania sił międzycząsteczkowych. Ze względu na symetryczny rozkład siły te znoszą się – z wyjątkiem cząsteczek znajdujących się w odległości od ścian naczynia. Ta wypadkowa siła powoduje wzrost ciśnienia.

Ciśnienie jest proporcjonalne do: • siły wypadkowej działającej na pojedynczą cząstkę znajdującą się w warstwie przyściennej o grubości , • liczby cząsteczek znajdujących się w warstwie o jednostkowej powierzchni i grubości

równanie van der Waalsa dla 1 mola gazu rzeczywistego Johannes Diderik van der Waals 1837 -1923 - oddziaływanie międzycząsteczkowe, stany skupienia (szczególnie gazów), opracowanie termodynamicznej teorii zjawisk kapilarnych. 1910 - nagroda Nobla

p [Atm] p. V [Atm·l] 1 100 200 500 1000 1. 000 0. 994 1. 048 1. 390 2. 069 [Atm·l] 1. 000 1. 009 1. 014 0. 893 Gazy rzeczywiste spełniają równanie van der Waalsa w przybliżeniu. Gaz spełniający to równanie – gaz van der Waalsa.

Doświadczalne izotermy CO 2 T = 333 K (60°C), 313 K (40°) - podobne do izoterm gazu doskonałego. Izoterma T = 304. 1 K (31. 1°C) - odbiega kształtem od poprzednich (izoterma krytyczna z punktem przegięcia K). Izotermy dla T < 304. 1 K zawierają coraz dłuższe odcinki poziome, odpowiadające układowi zawierającemu ciecz i parę nasyconą. Punkty B 2, B 1, K, C 1, C 2 wyznaczają tzw. linię skroplenia. Gałąź C 2 , C 1, K przedstawia linię cieczy, a gałąź K, B 1, B 2 - linię pary nasyconej.

Obszar I - takie wartości ciśnienia, objętości i temperatury, przy których istnieje jedynie gaz. Obszar II - para nasycona, obszar III - ciecz w równowadze ze swą parą nasyconą. W obszarze IV może istnieć tylko ciecz. Punkt K - punkt krytyczny - zaciera się różnica między cieczą i gazem a swobodna powierzchnia cieczy przestaje istnieć. W temperaturze T> Tk nie może istnieć dana substancja w stanie ciekłym. Przejście w stan ciekły następuje po oziębieniu gazu poniżej temperatury krytycznej.

Punkt krytyczny ma współrzędne W punkcie przegięcia

dzielimy stronami

Parametry krytyczne Parametry zredukowane

Zredukowane równanie van der Waalsa

pr Tr = 1. 026 Tr = 1. 016 Tr = 1. 000 Tr = 0. 996 Tr = 0. 990 Tr = 0. 986 Tr = 0. 982 Vr równanie niezależne od rodzaju gazu Wszystkie gazy zachowują się podobnie przy zmianach ciśnienia, objętości i temperatury – zmiany te występują przy różnych temperaturach zaleznych od temperatury krytycznej

Energia wewnętrzna gazu van der Waalsa poprawka związana z siłami wzajemnego oddziaływania Dodatkowy składnik wynikający z energii wzajemnego oddziaływania cząsteczek gazu. Praca przy rozprężaniu gazu

Energia wewnętrzna gazu rzeczywistego zależy od temperatury i objętości. Przy Energia wewnętrzna 1 mola

Wzór barometryczny

Ciśnienie na wysokości wynosi . Dla Powietrze w warunkach bliskich warunkom normalnym zachowuje się jak gaz doskonały. Gęstość powietrza Przyjmujemy T = const

Dla

ciśnienie p 0 = 105 Pa T = 300 K M = 29 kg/kmol g = 10 m/s 2 wysokość

Jak temperatura i ciśnienie powietrza zależą od wysokości? Przyjmijmy, że nie ma wymiany ciepła pomiędzy poszczególnymi warstwami atmosfery – przemiana adiabatyczna.

równanie różniczkowe adiabaty Gradient temperatury

Ze wzrostem wysokości temperatura powietrza maleje

Rzeczywisty gradient temperatury – 6. 5 K/km – para wodna ulega kondensacji – wydzielające się przy tym ciepło zmniejsza szybkość chłodzenia powietrza.

Znając wielkość pionowego gradientu temperatury i mierząc wartość ciśnienia można wyznaczyć wysokość h.

Wzór barometryczny stosuje się do wysokości Dlaczego tak jest? . Dla

powietrze zjonizowane – maleje przezroczystość optyczna, pochłanianie promieniowania – wzrost temperatury do ponad 1000ºC na wysokości 500 km stężenie ozonu maleje oziębianie zwiększona zawartość ozonu pochłaniającego promieniowanie słoneczne obszar izotermiczny prądy powietrzne wstępujące i zstępujące