ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
∂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 .  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