Физика. Лекция 421.Уравнение Ван-Дер-Ваальса.

Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. И так мы уже очень давно изучаем с вами молекулярную физику по второму кругу, а именно, начиная с лекции 366.Основные положения молекулярно-кинетической теории. Масса и размеры молекул. Т.е уже на протяжении 54 лекций и эта лекция у нас будет 55 по данной теме. Ну и стоит напомнить, что в первом круге изучения физики мы так же уже начинали совсем немного знакомится с молекулярной физикой, но только в рамках тем "о строении вещества" и "тепловых явлениях". И при всем при этом мы делали упор на одну модель: простейшую модель вещества - идеальный газ. Давайте вспомним, что такое идеальный газ. Что это за газ? Что это за вещество?

Идеальный газ - это газ молекулы, которого не взаимодействуют между собой. Анализируя столкновения молекул этих газов со стенками сосудов, анализируя результаты различных экспериментов мы получили уравнение состояния идеального газа. Это уравнение называется уравнением Клапейрона-Менделеева. И к счастью - это уравнение неплохо описывает и реальные газ, такие, как например, воздух в помещении. Но это счастье не вечно. Наступают ситуации, когда свойства газа уже не будут описываться уравнением Клапейрона-Менделеева и вот именно в эту область мы с вами на этой лекции и вступаем. И давайте повторим еще раз тему сегодняшней лекции - это уравнение Ван-дер-Ваальса.

Ван-дер-Ваальс - это голландский физик с очень интересной научной биографией. Он очень долго работал учителем начальных классов, увлекся физикой, пошел в университет. Его туда не взяли, потому что его образование не соответствовало профилю университета. Он ходил туда, просто, слушателем на протяжении трех лет. В дальнейшем это дало ему возможность уже работать, просто, учителем физики, но а дальше физика его настолько увлекла, что он стал профессиональным ученым и вывел уравнение, которое является, фактически, первым, ну или вторым, но реально работающим первым уравнением, которое реально описывает поведение реального газа. И оно оказалось настолько содержательным это уравнение, что в 1910 году Ян Ван-дер-Ваальс был удостоен Нобелевской премии.

Что же это за уравнение? Давайте получим это уравнение и исследуем его свойства, но для этого нам надо от чего-то оттолкнуться. И оттолкнемся мы уже от того, что мы уже знаем, мы с вами оттолкнемся от уравнения состояния идеального газа, т.е от уравнения Клапейрона-Менделеева.

А теперь давайте с уравнением Клапейрона-Менделеева поступим следующим образом...

И так мы увидели в опыте, что избыточное давление очень сильно влияет на отклонение азота от состояния "идеального газа", и поняли почему это происходит. А теперь давайте все эти факторы учтем при построении новой модели уже не идеального газа.

Для начала давайте в нашей модели учтем размеры молекул...

Теперь давайте сравним изотермы состояния модели идеального газа и модели реального газа в котором учтены размеры молекул.

Теперь давайте еще учтем то, что молекулы не просто находятся на месте, а то что они еще друг с другом взаимодействуют, а точнее притягиваются и отталкиваются к друг от друга...

А теперь давайте наше уравнение немного преобразуем...

...далее давайте его немного исследуем...

И так мы получили, что уравнение Ван-дер-Ваальса в приведенном виде имеет три или один корень и построили изотермы этих зависимостей, проходящих через эти корни.

И в конце лекции давайте приведем изотермы Ван-дер-Ваальса для различных температур, построенных в математическом редакторе MathCAD.

На этом мы эту лекцию закончим

Если тебе понравилось, пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.