热学 分子运动3.pptVIP

* * 在通常温度和压强范围内，实际气体的性质可用理想气体近似，但在更大的温度和压强范围内，实际气体的性质与理想气体有很大不同。 4-5 实际气体等温线 将一定量的气体等温压 缩，在压缩过程中P和V 的关系曲线称为等温线。 1869年安得鲁斯特对CO2气体进行了等温变化实 验研究，测得几条等温线（如图所示）。 较高温度（48.1 ?C）等温线接近双曲线。 实际气体的行为与理想气体的行为接近。 上页 下页 上页 下页 较低温度（如13 ?C） A?B 气体等温压缩过程 B?C 气液等温相变过程 在B点，气体开始液化 在C点，完全变为液体 特点： T一定，P一定。蒸汽与液体共存， 而且处于平衡状态。蒸汽为饱和汽， PB=49 atm 是T=13 ?C 时的饱和汽 压。在相变过程中， 蒸汽与液体总 体积减小，但PB保持不变，是以质 量在两相间的转变来适应体的变化。 C?D 液体等温压缩过程，曲线很陡，说明 液体可压缩性很小。 上页 下页 继续升温 可得一族等温线。 每条线上都有一个与BC相似的平台。 随T升高 平台上移 饱和气压变大 随T升高 平台变短 气体开始液化的摩尔体积减小 完全变为液体的摩尔体积增大 上页 下页 临界点 当T=13。1 ?C 时 平台消失，出现斜率为零的拐点K， 称为临界点。临界等温线。 当T? 13。1 ?C时 气体经等温压缩，无论压强多高， 都不会变为液体。 TK=13.1 ?C为临界温度 VK为临界体积 PK为临界压强 不同物质具有不同的临界参量。 临界参量 上页 下页 P-V平面的四个区域 气体 汽体 汽液共存 液体 上页 下页 4-6 范德瓦尔斯方程 ——分子间的相互作用对气体宏观性质的影响 分子力 实际上，气体分子是由电子和带正电的原子核 组成，它们之间存在着相互作用力，称为分子 力。 对于分子力很难用简单的数学公式来描述。在 分子运动论中，通常在实验基础上采用简化模 型。 上页 下页 力心点模型 假定分子之间相互作用力为有心力，可用半经验 公式表示 （s?t) r ：两个分子的中心距离 ?、?、 s、t ：正数，由实验确定。 r? r0 —— 斥力 r? r0 —— 引力 r? R —— 几乎无相互作用 R称为分子力的有效作用距离 R= r0 ——无相互作用 r0称为平衡距离 上页 下页 当两个分子彼此接近到 r? r0时斥力迅速增大， 阻止两个分子进一步靠 近，宛如两个分子都是 具有一定大小的球体。 有吸引力的刚球模型 可简化的认为，当两个分子的中心距离达到某一 值d时，斥力变为无穷大，两个分子不可能无限接 近，这相当于把分子设想为直径为d的刚球，d称 为分子的有效直径。 d~1010m R~几十倍或几百倍d r? d时分子间有吸引力 d 0 f R r 上页 下页 范德瓦尔斯方程 克劳修斯对理想气体状态方程的修正 （分子体积引起的修正） 1mol理想气体 pvm=RT 若将分子视为刚球，则每个分子的自由活动空间就不等于容器的体积，而应从vm中减去一个修正值 b。 理想气体状态方程应改为 P（Vm-b）=RT Vm为气体所占容积 VM-b为分子自由活动空间 可证明 Vm分子自由活动空间 理想气体分子是没有体积的 质点，故vm等于容器的体积。 上页 下页 范德瓦尔斯方程 （分子间引力引起的修正） 设想：气体中任一分子都有一个以其为中心，以R为半径的力作用球，其它分子只有处于此球内才对此分子有吸引作用。 处于容器当中的分子? 平衡态下，周围的分子相对于?球对称分布，它们对?的引力平均说来相互抵消。 ? R R ? 上页 下页 处于器壁附近厚度为R的表层内的分子? ?的力作用球被器壁切割为球缺，?周围分子的分布不均匀，使?平均起来受到一个指向气体内部的合力，所有运动到器壁附近要与器壁相碰的分子必然通过此区域，则指向气体内部的力，将会减小分子撞击器壁的动量，从而减小对器壁的冲力。这层气体分子由于受到指向气体内部的力所产