Ван-дер-Ваальс изотермасы жне оны эксперименталды Эндрюс изотермасымен салыстыру

Наты газды зерттеу шін алдымен Ван- дер - Ваальс изотермаларын арастырайы. Ол бір моль газ шін берілген температурада Ван-дер-Ваальс тедеуімен (19.2) аныталатын ысым мен клемні туелділік исыы. Бл исытар трлі трт температура лара сйкес келеді (сурет 23).

Сурет 23

Жоары температурада › наты газды изотермасы идеал газды изотермасынан тек азана формасыны исаюымен ерекшеленетін, монотонды тмен тсетін исы. боланда изотерма K нктесінде ана бір жерден иіледі. Бл изотерма кризистік температураа сйкес келетін боландытан кризистік изотерма деп аталады жне бір нктеде кризистік K нктесінде иіледі. Кризистік нктеге жанама жргізсек ол жанама абсцисса осіне параллель болады. Осы нктеге сйкес келетін клем жне ысым да кризистік деп аталады. Кризистік параметрлермен , , сипатталатын газды кйін кризистік кй деп атайды. Тмен температураларда ( ‹ ) изотерманы толын трізді бліктері бар, бл жадайда изотерма алдымен монотонды тмен тседі, содан со монотонды жоары ктеріледі де, айтып монотонды тмен тседі. Изотермаларды тсіндіру шін Ван-дер –Ваальс тедеуін (19.2) мына трге келтіреміз:

(20.1)

Бл тедеу берілген ысым мен температура шін -ге атысты шінші дрежелі тедеу болып табылады. Демек, бл тедеуді ш наты немесе бір наты, екі жорамал тбірлері болуы керек жне физикалы маынасы бары тек ана о наты тбірлер ана. Сондытан бірінші жадайа тмен температурадаы изотермалар (клемні ш мні («m» символын ескермейміз) ысымны бір ана мніне жауапты), екіншісіне - жоары температурадаы изотермалар сйкес келеді. Изотерманы трлі блігін жадайында арастырайы (24-сурет).

Сурет 24

 

1-3 жне 5-7 бліктерінде клем кемігенде ысым артады. Ал 3-5 блігінде газ сыыланда клемні кемуі ысымны да азаюына келеді, ал практика табиатта мндай кйлерді болмайтынын крсетеді. 3-5 блікті болуы: клемін біртіндеп згерткенде зат барлы уаытта біртекті орта болып алмайтынын, белгілі уаыттан со оны кйі секірмелі трде згеріп, зат екі фазаа блінетінін крсетеді. Сондытан наыз изотерманы трі 7-6-2-1 сынытарымен беріледі. мндаы 7-6 блігі затты газ тріздес кйіне, ал 2-1 блігі – сйы кйіне сйкес келеді. Изотерманы горизонталь 6-2 блігіне сйкес келетін кйлерде затты сйы жне газ тріздес фазаларыны тепе-тедігі байалады. Кризистік температурадан тмен температурада газ тріздес кйдегі затты бу деп атайды, ал сйы кйімен тепе-тедіктегі буды аныан бу деп атайды.

Бл орытындылар ирланд алымы Эндрюсті тжірибелерімен длелденді, ол кмірышыл газыны клемін изотермиялы жадайда кішірейту арылы осы орытындыа келді. Тжірибе жзіндегі (Эндрюс) жне теория жзіндегі (Ван-дер Ваальс) изотермаларды біріні бірінен айырмашылыы - бірінші жадайда газды сйыа айналуы горизонталь тзумен, екінші жадайда толынмен берілгені.

Кризистік параметрлерді табу шін оларды шамасын (19.2) тедеуіне ойып, «m» символын жеілдік шін алып тастаймыз:

. (20.2)

Кризистік нктеде ш тбір бірдей жне – ге те боландытан (20.2) тедігі мына трде жазылады: немесе

. (20.3)

(20.2) жне (20.3) рнектеріні тедігінен оларды сйкес дрежедегі белгісіздеріні алдында тран коэффициенттері де те болуы керек. Сондытан Тедеулерді шеше отырып, кризистік параметрлерді табамыз:

. (20.4)

Кризистік кйдегі затты беттік керу коэффициенті нлге те болады.

Егер изотермаларды горизонталь блігіні шеткі нктелері арылы сызы жргізсек, онда затты екі фазалы кйіні аймаын шектейтін оырау трізді исы аламыз (сурет 25).

Сурет 25

 

Бл исы жне кризистік изотерма p, диаграммасын изотерманы астындаы ш аймаа бледі: оырау трізді исыты астында затты екі фазалы кй аймаы (сйы жне аныан бу), оны сол жаындаы сйы кй аймаы, о жаындаы бу аймаы. Буды баса газ тріздес кйден айырмашылыы оны изотермиялы сыылу кезінде сйыа айналуы. Ал газ кризистік температурадан жоары температурада ысымны ешбір мнінде сйыа айналмайды. Газдарды сйыа айналдыру шін алдымен оларды кризистік температурадан тмен температураа дейін суыту керек. Температурасы кризистік температурадан жоары газды ешбір діспен сйылтуа болмайды.

Ван – дер - Ваальс изотермасын Эндрюстікімен салыстыра келіп (сурет 26, жоары исы), Эндрюс изотермасында затты екі фазалы кйіне сйкес келетін 2-6 тзу сызыты блігі бар екенін креміз. Шындыында, кейбір жадайда Ван-дер- Ваальс изотермасындаы 5 – 6 жне 2 – 3 бліктеріне сйкес келетін кйлер болады. Бл трасыз кйлер метастабильді кйлер деп аталады.

Сурет 26

 

2 – 3 блігі аса ызан сйыа, 5 – 6 блігі аса аныан буа сйкес келеді. Тмен температураларда изотерма осін иып, теріс ысым аймаына тседі (сурет 26, тменгі исы). Теріс ысым аймаында зат созылмалы кйде болады. 8 – 9 блігі аса ызан сйыа, 9 – 10 блігі созылмалы сйыа сйкес келеді. Аса ызан буды, аса ызан сйыты алу шін тжірибені те ыпты, таза жргізу керек. Аса ызан бу, аса ызан сйытар элементар блшектерді баылауа арналан (Вильсон камерасы, кпіршікті камера) приборларды негізгі блігі болып табылады.