Перегляд вихідного коду сторінки Реальний газ

{{Термодинаміка головний |image=Diag phase PVTetclapeyron.png |caption=Ізотерми |expanded=Системи}}

'''Реа́льний газ''' ([[російська мова|рос.]] ''реальный газ; ''[[англійська мова|англ.]]'' real gas, ''[[німецька мова|нім.]] reales Gas n, Realgas n)&nbsp;— [[газ]], для якого термічне [[рівняння стану]] є відмінним від рівняння стану ідеального газу ([[рівняння стану ідеального газу|Клапейрона-Менделєєва]]).

Для обчислення параметрів такого газу треба враховувати як [[Потенціальна енергія|потенціальну]], так і [[Кінетична енергія|кінетичну енергію]] його молекул. На формі залежностей між його параметрами відбивається те, що [[молекула|молекули]] його взаємодіють між собою та займають певний [[об'єм]].

== Модель реального газу ==
Стан реального газу часто при вирішенні задач технічного характеру описують узагальненим рівнянням Клапейрона-Менделєєва (технічним рівнянням стану реального газу):

: <math>pV = Z_r \cdot n  \cdot R \cdot T</math>

де ''p''&nbsp;— [[тиск]];
: ''T''&nbsp;— [[температура]];
: ''Z<sub>r</sub> = Z<sub>r</sub> (p, T)''&nbsp;— [[коефіцієнт стисливості газу]];
: ''R''&nbsp;— [[універсальна газова стала]];
: ''n''&nbsp;— [[кількість речовини|кількість газу]] в [[моль|молях]], <math>n = \frac {m}{\mu}</math> (''m''&nbsp;— маса газу; ''μ''&nbsp;— молярна маса газу).

Для ідеального газу за будь-яких умов ''Z = 1'', при якому записане рівняння перетворюється у рівняння стану ідеального газу. Для реальних газів ''Z'' може істотно відрізнятися від одиниці за певних умов, і завжди в сильно розрідженому газі (''р → 0 і ρ → 0'') в тому числі і для реальних газів ''Z → 0''.

Одна з класичних моделей опису реального газу&nbsp;— [[рівняння Ван дер Ваальса]]:
: <math>\left(p + \frac{a}{V_{\mu}} \right)\left(V_{\mu} - b \right) = RT</math>,

де коефіцієнти ''а'' і ''b'' називають сталими [[Ян Дидерик ван дер Ваальс|Ван дер Ваальса]], які залежать від хімічної природи речовини, [[Температура тіла|температури]] і [[Тиск|тиску]].

Рівняння Ван дер Ваальса є наближеним рівнянням стану реального газу, причому ступінь його наближення різний для різних газів. Записана велика кількість емпіричних і напівемпіричних рівнянь стану реальних газів (рівняння: [[рівняння Бертло|Бертло]]<ref>''D. Berthelot'' in Travaux et Mémoires du Bureau international des Poids et Mesures&nbsp;— Tome XIII (Paris: Gauthier-Villars, 1907)</ref>, [[Співвідношення Клаузіуса — Клапейрона|Клаузіуса&nbsp;— Клапейрона]], [[Рівняння Дітерічі|Дітерічі]]<ref>''C. Dieterici'' Ann. Phys. Chem. Wiedemanns Ann. 69, 685 (1899).</ref>, [[Рівняння Редліха — Квонга|Редліха&nbsp;— Квонга]]<ref>Redlich O., Kwong J. N. S. [http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/cr60137a013 On the Thermodynamics of Solutions. V. An Equation of State. Fugacities of Gaseous Solutions]{{Недоступне посилання|date=липень 2019 |bot=InternetArchiveBot }} // Chemical Reviews.&nbsp;— 1949.&nbsp;— Т. 44.&nbsp;— №&nbsp;1.&nbsp;— С. 233—244</ref> тощо). За рахунок збільшення числа констант у цих рівняннях можна досягти кращого узгодження з практикою, порівняно з рівнянням Ван дер Ваальса. Проте рівняння Ван дер Ваальса завдяки своїй простоті та фізичному змісту сталих ''a'' і ''b'', що входять до нього, є найпоширенішим для аналізу якісної поведінки реальних газів.

== Фізика реального газу ==

=== Міжмолекулярна взаємодія ===
{{Докладніше|Міжмолекулярні сили}}{{Розширити розділ|дата=червень 2019}}

;Фазові перетворення

Щоб докладніше встановити умови. коли газ може перетворитися в [[рідина|рідину]] й навпаки, простих [[спостереження|спостережень]] за [[випаровування]]м або [[кипіння]]м рідини не досить. Треба уважно простежити за зміною [[тиск]]у і об'єму реального газу при різних [[температура]]х.

==== Ізотермічне стиснення ====
[[Файл:Поршень.svg|right|thumb|200px|Поршень]]

Повільно стискуватимемо газ, наприклад [[Діоксид вуглецю|вуглекислий]], під [[поршень|поршнем]]. Стискуючи його, ми виконуємо над ним [[Робота (фізика)|роботу]], внаслідок чого [[внутрішня енергія]] збільшуватиметься. Коли ми хочемо, щоб процес відбувався при сталій температурі, треба забезпечити добрий [[теплообмін]] між циліндром і [[навколишнє середовище|навколишнім середовищем]]. Для цього можна поставити циліндр у велику посудину з рідиною при сталій температурі і стискувати [[газ]] дуже повільно, щоб [[Кількість теплоти|теплота]] встигала переходити від газу до навколишніх тіл.

Виконуючи цей дослід, можна помітити, що спочатку при великому об'ємі тиск із зменшенням об'єму збільшується згідно із [[рівняння стану ідеального газу|законом Бойля—Маріотта]] (див. мал. «Ізотерми»). Нарешті, починаючи з якогось значення, тиск не змінюватиметься, незважаючи на зменшення об'єму. Якщо зазирнути при цьому в циліндр крізь спеціальне оглядове віконце, то можна побачити па стінках циліндра і поршня прозорі крапельки. Це означає, що газ почав [[конденсація|конденсуватися]], тобто переходити в [[Рідина|рідкий стан]].

Продовжуючи стискувати вміст циліндра, ми збільшуватимемо масу рідини під поршнем і, отже, зменшуватимемо [[маса|масу]] газу. Тиск, який показує [[манометр]], залишатиметься сталим доти, поки весь простір під поршнем не заповнить рідина. Рідини мало стисливі. Тому далі, навіть при незначному зменшенні об'єму, тиск швидко зростатиме.

[[Файл:Ізотерма.svg|right|thumb|200px|Ізотерма]]

Оскільки весь процес відбувається при сталій температурі '''Т''', криву, що зображує залежність тиску '''р''' від об'єму '''V''', називають <tt>'''[[Ізотермічний процес|ізотермою]]'''</tt>. При об'ємі V<sub>1</sub> починається конденсація газу, а при об'ємі V<sub>2</sub> вона закінчується. Якщо V > V<sub>1</sub> то речовина буде в газоподібному стані, а при V < V<sub>2</sub>&nbsp;— в рідкому.

Досліди показують, що такий самий вигляд мають ізотерми і всіх інших газів, якщо їх температура не дуже висока.

Найістотнішою в цьому процесі є сталість тиску газу при зміні його об'єму від V<sub>1</sub> до V<sub>2</sub>, коли газ перетворюється в рідину. Кожній точці прямолінійної частини ізотерми 1—2 відповідає рівновага між газоподібним і рідким станами речовини. Це означає, що при певних Т і V кількість рідини і газу над нею лишається незмінною. Рівновага має динамічний характер: кількість молекул, які вилітають з рідини, в середньому дорівнює кількості молекул, які переходять з газу в рідину за той самий час. Сталий тиск p<sub>0</sub>, коли рідина буде в рівновазі з своїм газом, називають тиском насиченої пари, а сам газ при цьому, як ми вже говорили, називають <tt>насиченою парою</tt>. Незалежність p<sub>0</sub> від об'єму зумовлено тим, що зі зменшенням об'єму пари дедалі більша частина її переходить у рідкий стан. А маса рідини займає менший об'єм, ніж така сама маса газу. При стискуванні пари над рідиною рівновага порушується. Густина пари спочатку трохи зростає, і більше число молекул переходить з газу в рідину, ніж з рідини в газ. Це триватиме доти, поки відновиться рівновага, а густина і разом з нею тиск набудуть попередніх значень.

[[Файл:Крива реального газу.svg|right|thumb|300px|Крива реального газу]]

Досі ми розглядали тільки одну певну ізотерму реального газу. Тепер ознайомимось із змінами, які відбуватимуться з вуглекислим газом при вищій (але також сталій) температурі T<sub>1</sub>. Нова ізотерма, як і попередня, досить точно збігається з ізотермою ідеального газу при великих об'ємах. Починаючи з якогось об'єму V'<sub>1</sub> < V<sub>1</sub> вона також стає горизонтальною (див. мал. «Ізотерма»). Нарешті при об'ємі V'<sub>2</sub> > V<sub>2</sub> ізотерма круто підіймається вгору. Це означає, що при об'ємі V'<sub>2</sub> рідина заповнила весь циліндр.

Якщо температура вища за температуру позначену T<sub>к</sub>, то газ не зріджується при як завгодно великому тиску. Такими газами при звичайних температурах є, наприклад, гази повітря&nbsp;— [[азот]] і [[кисень]]. Див. [[Критична температура]].

=== [[Рівняння Ван дер Ваальса]] ===
{{розширити|дата=червень 2019}}

=== Внутрішня енергія реального газу ===
{{розширити|дата=червень 2019}}

== Див. також ==
* [[Співвідношення Клаузіуса — Клапейрона]]
* [[Рівняння Дітерічі]]
* [[Рівняння Редліха — Квонга]]
* [[Рівняння Бертло]]
* [[Рівняння Бітті — Бріджмена]]
* [[Ідеальний газ]]
* [[Квантовий газ]]

== Примітки ==
{{reflist}}

== Література ==
* {{МГЕ|nocat=1}}
* Буховцев Б. Б., Климонтович Ю. Л., Мякишев Г.&nbsp;Я.&nbsp;Фізика. Навчальний посібник для 9 класу середньої школи. К., «Радянська школа», 1972.
* Бойко В. С., Бойко Р.&nbsp;В.&nbsp;Тлумачно-термінологічний словник-довідник з нафти і газу. Тт. 1-2, 2004—2006&nbsp;рр. 560 + 800 с.

== Посилання ==

* [http://www.chem.msu.su/rus/teaching/realgases/chap1(6).html Термодинамічні функції реальних газів<sup>рос</sup>] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20070702002008/http://www.chem.msu.su/rus/teaching/realgases/chap1(6).html |date=2 липня 2007 }}

[[Категорія:Термодинаміка]]
[[Категорія:Гази]]