Поведение реальных газов и паров
Лекция №4
Поведение реальных газов и паров
Газом называется вещество в газообразном состоянии при температуре выше критической.
Паром называется вещество в газообразном состоянии при температуре ниже критической.
Критическая температура (ТС) данного вещества – наибольшая температура, при которой это вещество может быть переведено из газообразного состояния (из пара) в жидкость путём сжатия.
Критическое давление (РС) – давление необходимое для превращения пара в жидкость при критической температуре.
Поведение газов не может быть корректно описано законом Бойля–Мариотта при температуре и давлении близких к критическим, но оно может быть вполне удовлетворительно описано уравнением Ван–дер–Ваальса:
где V – объём одного моля, м3;
Рекомендуемые материалы
a/V2 - добавка, учитывающая взаимодействия между молекулами;
b – слагаемое, учитывающее собственный объём молекул, м3
Диаграмма изотермического состояния вещества (на примере СО2) показана на рис.6,
где
Тс – критическая температура.
Рис.6
Коэффициенты уравнения Ван-дер-Вальса для некоторых атмосферных газов приведены в табл.1 Табл .1
| Вещество | TС , K | PС, кг/см2 | а,106кг*см4/ моль2 | b, см3/моль |
| Н2 | 33 | 12,8 | 0,24 | 26,5 |
| Не | 5,3 | 2,2 | 3,25 | 23,4 |
| Н2О | 647 | 217,5 | 5,47 | 30,5 |
| N2 | 126 | 33,5 | 1,34 | 39,6 |
Поведение паров, при изменении температуры и давлении может быть проиллюстрировано диаграммой, представленной на рис.7, где стрелеками обозначены следующие процессы: а – испарение, b, d – конденсация, с – сублимация (испарение из твёрдой фазы).
Рис.7, тройная диаграмма.
Эта диаграмма представляет вид В-В общей диаграммы состояния вещества, рис. 8
В соответствии с правилом Гиббса:
P+F=C+2,
где P – количество фаз,
F – количество степеней свободы,
C – количество компонентов.
Вещество в трёх фазах одновременно (жидкая, твёрдая, газообразная – паровая) может существовать только при одном характерном значении температуры и одном значении давлении, что на тройной диаграмме состояния вещества изображается так называемой «тройной точкой».
Две фазы: твёрдая и пар, либо жидкая и пар могут сосуществовать одновременно в равновесии при условиях, описываемых уравнением:
Lg P= A – B/T +CT + D lg T
где А, В ,С , D - коэффициенты для некоторых веществ, используемых в
вакуумной технике приведены в табл.2.
Т-температура, К
Р- давление насыщающих паров, Па.
Уравнение, описывающее двухфазное состояние вещества, в соответствии с законом Гиббса, представляет линию.
В таблице представлены коэффициенты уравнения, описывающего двухфазное состояние некоторых вакуумных материалов.
Табл . 2
| Вещество | A | B | C | D | P, тор | Т, ОК |
| Hg | 1216,0 | 9078 | 0,054 | -82,87 | 1,2*10-3 | 293 |
| Масло | 15,0 | 6000 | --- | --- |
| 293 |
| Ga | 0,9 | 13425 | 0,0006 | 2,95 | <10-8 | 293 |
| Жидкость | 10,8 | 12295 | 0,00007 | -0,082 | <10-8 | 293 |
| Тв.вещ-во | 470,0 | 26891 | 0,003 | -179,0 | <10-8 | 293 |
10-8Все основные газовые законы могут быть сведены в одну трёхмерную (P, V, T) диаграмму, как это показано на рис. 8
Горизонтальный конфликт - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.
Рис.8
Выводы:
1) В замкнутом сосуде над поверхностью материала камеры всегда имеется насыщенный пар этого материала, давление которого может быть рассчитано с помощью диаграммы равновесного состояния вещества.
2) На практике абсолютный вакуум (т.е. давление меньшее, чем сумма давлений насыщающих паров веществ, из которых создана вакуумная камера) не достижим.
3) Чтобы обеспечить в системе высокий вакуум, поверхности вакуумной камеры обращённые в вакуум должны быть сделаны из материалов с малым давлением насыщающих паров.
4) Давление насыщающих паров жидкости в замкнутом объеме определяется температурой наиболее холодной стенки (т.к. пары конденсируются на наиболее холодной стенке) в соответствии с температурой которой устанавливается их давление.
