Молекулярная физика. Курс физики, часть 1. Морозов В.Г - 96 стр.

UptoLike

Составители: 

S
V
T
=
p
T
V
,
U
V
T
= T
p
T
V
p.
p = p(V, T )
ν
p
T
V
=
R
V b
.
U
V
T
=
a
V
2
.
T = const
U(V, T ) =
a
V
+ f(T ),
f(T )
V
f(T ) =
C
v
T
U(V, T ) = C
v
T
a
V
.
T V
Ïîäñòàíîâêà ïåðâûõ ïðîèçâîäíûõ (8.23) ïðèâîäèò ê ðàâåíñòâó
                                      
                              ∂S         ∂p
                                     =         ,                           (8.24)
                              ∂V T       ∂T V

êîòîðîå ïîçâîëÿåò èñêëþ÷èòü â (8.19) ïðîèçâîäíóþ ýíòðîïèè ïî îáúåìó.  ðåçóëü-
òàòå ìû ïðèõîäèì ê ôîðìóëå
                                                        
                                ∂U                    ∂p
                                             =T                    − p.    (8.25)
                                ∂V       T            ∂T       V

Çàìåòèì, ÷òî ïðàâàÿ ÷àñòü ýòîé ôîðìóëû ìîæåò áûòü âû÷èñëåíà, åñëè èçâåñòíî
óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ p = p(V, T ). Íàïðèìåð, ìû ìîæåì âîñïîëüçîâàòüñÿ óðàâíåíè-
åì Âàí-äåð-Âààëüñà. Çàïèñàâ åãî â âèäå (8.11) (äëÿ ïðîñòîòû ñ÷èòàåì, ÷òî ÷èñëî
ìîëåé ν ðàâíî åäèíèöå), íàõîäèì
                                  
                                   ∂p       R
                                        =      .
                                   ∂T V   V −b

Òåïåðü èç ôîðìóëû (8.25) ñëåäóåò, ÷òî
                                     
                                   ∂U     a
                                        = 2.                               (8.26)
                                   ∂V T  V

Èíòåãðèðîâàíèå ýòîãî óðàâíåíèÿ âäîëü èçîòåðìû (T = const) äàåò
                                                   a
                             U (V, T ) = −           + f (T ),             (8.27)
                                                   V
ãäå f (T )  "ïîñòîÿííàÿ èíòåãðèðîâàíèÿ"; îíà ìîæåò çàâèñåòü îò òåìïåðàòóðû. Òàê
êàê ïðè V → ∞ âûðàæåíèå äëÿ âíóòðåííåé ýíåðãèè ãàçà Âàí-äåð-Âààëüñà äîëæíî
ïåðåõîäèòü â âûðàæåíèå (8.17) äëÿ âíóòðåííåé ýíåðãèè èäåàëüíîãî ãàçà, òî f (T ) =
Cv T è, ñëåäîâàòåëüíî,
                                                  a
                                U (V, T ) = Cv T − .                       (8.28)
                                                  V
Îòñþäà âèäíî, ÷òî âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ ãàçà Âàí-äåð-Âààëüñà ìåíüøå, ÷åì âíóòðåí-
íÿÿ ýíåðãèÿ èäåàëüíîãî ãàçà ïðè òåõ æå ñàìûõ T è V . Â ýòîì ïðîÿâëÿåòñÿ ðîëü
ñèë ïðèòÿæåíèÿ ìåæäó ìîëåêóëàìè.
   Òîò ôàêò, ÷òî âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ ðåàëüíîãî ãàçà çàâèñèò íå òîëüêî îò òåìïå-
ðàòóðû, íî è îò îáúåìà, èñïîëüçóåòñÿ â òåõíèêå äëÿ ïîëó÷åíèÿ íèçêèõ òåìïåðàòóð
è äëÿ ñæèæåíèÿ ãàçîâ. Ê ñîæàëåíèþ, ìû íå ìîæåì çäåñü óãëóáèòüñÿ â èíòåðåñíóþ
îáëàñòü òåõíèêè íèçêèõ òåìïåðàòóð èëè õîòÿ áû îáñóäèòü òåðìîäèíàìè÷åñêèå èäåè,
ëåæàùèå â åå îñíîâå72 . Ïðèâåäåì ëèøü îäèí ïðèìåð ïðîöåññà, êîòîðûé ïðèâîäèò ê
îõëàæäåíèþ íåèäåàëüíîãî ãàçà è êîòîðûé íå äàåò ýôôåêòà, åñëè ãàç èäåàëåí. Ðàñ-
ñìîòðèì ðàñøèðåíèå ãàçà "â ïóñòîòó", ò.å. áåç ñîâåðøåíèÿ ðàáîòû (ñì. Ðèñ. 5.4).
 72 Ôèçè÷åñêèåïðèíöèïû ïîëó÷åíèÿ íèçêèõ òåìïåðàòóð è ìåòîäû ñæèæåíèÿ ãàçîâ
ïîäðîáíî ðàññìîòðåíû â ó÷åáíèêå [2].

                                              95