Această ecuație de gradul III în ceea ce privește volumul și, prin urmare, la un anumit p și T, sau poate avea trei rădăcini reale, sau una reală și două rădăcină complex conjugat are nici o semnificație fizică. Depinde de raportul dintre coeficienți. La temperaturi scăzute, ecuația are trei rădăcini reale, iar graficul p = f (V) are forma prezentată în Fig. 9.3.
Pentru a obține un izotermei experimental, este necesar să se ia problema în stare gazoasă, se pune într-un recipient cu un piston în mișcare și începe încet pentru a comprima, făcând citiri în același timp, presiunea și volumul, precum și asigurându-vă că temperatura substanței a rămas constantă. Rezultatul acestui experiment este dat în Fig. 9,3 (linia 1-2-3-4).
La început, presiunea gazului crește odată cu scăderea volumului, iar izoterma este bine descrisă de ecuația lui Van der Waals (9.2.1) (în figura 9.3, linia 1-2).
Cu toate acestea, începând cu un anumit volum V3. izotermul experimental încetează să mai urmeze ecuația (9.2.1) (în figura 9.3 linia 2-A). Statul 2-A (vapori suprasaturați) este creat atunci când gazul este comprimat, în care nu există centre de condensare (particule de praf, încărcături electrice etc.). Începând cu această valoare a volumului, presiunea din vas încetează să se schimbe, substanța însăși încetează să mai fie omogenă, o parte a gazului se condensează în lichid. Substanța este stratificată în două faze: lichide și gazoase (în figura 9.3, linia 2-3).
Ca scădere în continuare mai mult substanței în faza lichidă, în care are loc tranziția la o presiune constantă, este indicat în Figura RNP. Starea 3-B (lichid supraîncălzit) are loc cu o scădere a presiunii lichidului în absența centrelor de vaporizare.
După terminarea procesului de condensare a substanței în lichid la V = V1. O scădere suplimentară a volumului este însoțită de o creștere rapidă a presiunii. În acest caz, cursul izotermei urmează din nou aproximativ ecuația (9.2.1). Substanța din stările corespunzătoare acestei secțiuni a izotermei va fi din nou omogenă, dar nu este un gaz, ci un lichid (în Figura 9.3, linia 3-4).
Astfel, ecuația van der Waals descrie nu numai starea gazoasă a materiei, ci acoperă și procesul de tranziție la starea lichidă și procesul de compresie a fluidului.
O comparație a izotermei experimental (Fig. 9.4) cu izoterma teoretic Van der Waals prevede că aceste izoterme coincid destul de bine în zonele care îndeplinesc starea singură fază a materiei, dar se comportă foarte diferit în separarea în două faze.
În loc de curbura în formă de S asupra izotermei van der Waals, izotermul experimental are o secțiune orizontală dreaptă în această regiune (Figura 9.4).
În stările care corespund secțiunii orizontale a izotermei, se observă un echilibru între fazele lichide și cele gazoase ale substanței. Un gaz care este în echilibru cu lichidul său se numește vapori saturați. Presiune ррп. la care echilibrul poate exista la o anumită temperatură, se numește presiunea saturată de vapori.
Experiența arată că, cu o creștere a temperaturii (T ¢ La o temperatură critică, această diferență dispare. În același timp, orice diferență dintre lichid și vapori dispare. Dacă trage o linie prin punctele de capăt ale secțiunilor orizontale ale izotermele obținute kolokoobraznaya curba care mărginește regiunea statelor din două faze a materiei. Kolokoobraznaya și porțiunea critică curba izotermă, care se află la stânga punctului K împarte diagrama (pV) în trei regiuni (Fig. 9.5). Starea materiei în această regiune diferă de restul stărilor gazoase în sensul că, sub compresie izotermică, substanța în această stare este supusă procesului de lichefiere. O substanță care este în stare gazoasă la o temperatură peste temperatura critică nu poate fi lichefizată prin nici o comprimare. Să considerăm izoterme construite pe baza ecuației van der Waals pentru mai multe valori de temperatură (figura 9.6). Calculele arată că, la o temperatură T ¢ coeficienți din ecuația (9.2.1), astfel încât toate cele trei soluții ale ecuației sunt reale. Cu o temperatură în creștere, diferența dintre cele trei soluții reale ale ecuației (9.2.1) scade. Pentru izoterma corespunzătoare, punctul K servește drept punct de inflexiune. Aceasta corespunde a trei soluții reale coincide cu ecuația (9.2.1). Tangenta la izotermă critică la punctul K este limita la care secvența p ¢ și p ¢ ¢ tind ca temperatura se apropie de critică. În consecință, această tangență, ca toate liniile secante, este paralelă cu axa V, astfel încât derivatul la punctul K este zero. În plus, al doilea derivat trebuie să fie și zero la punctul de inflexiune. Se scrie ecuația (9.2.1) în formular Diferențierea acestei expresii față de V dă În punctul critic la T = Tcr și V = Vcr aceste expresii dispar: Valorile corespunzătoare și pcr se numesc volumul critic și presiunea critică pentru o anumită substanță. Din ecuația (9.2.2) găsim Rezolvarea sistemului de trei ecuații cu trei necunoscute Vcr. pcr și Tcr. avem Astfel, cunoscând constantele van der Waals a și b, se pot găsi punctele critice corespunzătoare Vcr. pcr și Tcr. numite cantități critice. În schimb, valorile constantelor lui Van der Waals pot fi găsite din valori critice cunoscute.
O zonă de stări lichide omogene este marcată cu o umbrire oblică. O regiune de stări în două faze este situată sub curba în formă de clopot și regiunea situată la dreapta curbei clopotnite, iar ramura superioară a izotermei critice este regiunea stărilor omogene ale materiei. Trebuie să remarcăm în special regiunea situată sub ramura dreaptă a izotermei critice - regiunea vaporilor (figura 9.5).
Începând cu o anumită temperatură pentru fiecare substanță Tcr. pentru orice presiune, o singură soluție rămâne reală, corespunzătoare punctului K. Temperatura este numită temperatura critică. Un punct K este numit punct critic.Articole similare