7-Маъруза. Реал газлар. Ван-дер-Ваалс тенгламаси. Критик холат. Реал газларнинг ички энергияси. Жоул-Tомсон эффекти. Қайтар ва қайтмас жараёнлар. Tермодинамиканинг иккинчи.қонуни. Карно айланма жараёни

7-Маъруза. Реал газлар. Ван-дер-Ваалс тенгламаси. Критик холат.Реал газларнинг ички энергияси. Жоул-Tомсон эффекти. Қайтар ва қайтмас жараёнлар. Tермодинамиканинг иккинчи.қонуни. Карно айланма жараёни. Иссиқлик машинасининг фойдали ишкоеффиценти (Ф.И.К.). Газ молекулалари тезлигининг абсолют қийматлари бўйича тақсимоти. Максвелл тақсимоти. Барометрик формула. Больцман тақсимоти

Режа.

1. 
   Идеал ва реал газлар.
   
2. 
   Реал газлар учун холат (Ван-дер-Ваалс) тенгламаси.
   
3. 
   Реал газнинг критик параметрлари.
   
4. 
   Реал газларнинг ички энергияси.
   

Таянч сўз ва иборалар: иссиқлик харакати, қайтар ва қайтмас жараёнлар, Карно айланма жараёни, иссиқлик машинаси, фойдали иш коеффициенти (Ф.И.К), совитгич, иситгич, иш, иссиқлик миқдори, идеал газ, изотермик жараён, адиабатик жараён, цикл, температура, реал газлар, босим, хажм, температура, ички босим, хусусий хажм, назарий изотерма, экспрементал изотерма, критик нуқта, критик босим, критик хажм, критик температура, Ван-дер-Ваалс тузатмалари.

Менделейев - Клапейрон тенгламаси идеал газ холатини ифодалайди. Бундай газнинг молекулаларини бир - бири билан таъсирлашмайдиган материал нуқталар деб қараш мумкин. Лекин реал газларнинг молекулалари, кичик бўлсада, маълум хажмга эга бўладилар ва улар ўзаро кичик кучлар билан боғланганлар. Кичик температураларда ёки юқори босмларда (молекулалар бир - бирига яқин турганда) уларнинг хажмлари ва улар орасидаги таъсир кучлари рол ўйнайбошлайди. Бунда идеал газ тенгламаси ишламай қолади.Реал газнинг холатини ифодалаш учун голланд физиги Ван - дер - Ваалс 1873 йилда Менделеев - Клапейрон тенгламасига молекулаларнинг хажмини ва улар ўртасидаги тортишиш кучларини хисобга оладиган хадларни киритди. Бир мол газ учун у қуйидагича кўринишга эга:

(12.1.)
Бу ерда - ички босимни билдиради, а - константа, - 1 мол молекулаларнинг хажмлари, йиғиндиси, - молекулалар харакат қилаётган хажм ёки газ жойлашган идиш хажми.
Исталган масса учун Ван - дер - Ваалс тенгламаси бундай:
(12.2.)
- 1 мол газнинг массаси.
(12.2.) формуладан Р идеал газ жойлашган идиш деворларининг газга бераётган ташқи босимни билдиради. Молекулаларнинг ўзаро тортишиш кучлари эса газни сиқувчи қўшимча сабаб бўлиб, улар ички босим Р^′ нинг пайдо бўлишига олиб келади. хисоблашлар шуни кўрсатадики, хосил бўладиган қўшимча босим газ хажмининг квадратига тескари пропорционал экан. Бир мол газ учун бўлса (а пропорционаллик коеффициенти), исталган масса учун бўлади. Натижавий босим эса шу иккала босм ва ларнинг йиғиндисига тенг бўлади.
(12.1.) формуладаги бир киломол газнинг эгаллаган хажмдир, бошқача айтганда, газ жойлашган идишнинг хажми. Реал газда шу хажмнинг га тенг қисмларини молекулаларнинг ўзи эгаллайди, шунинг учун уларнинг харакати учун қоладиган хажм га тенг бўлади. Бундан кўриниб турибдики, агар молекулаларнинг хажми идиш хажми тенг бўлиб қолса, улар хеч қандай харакат қилаолмаган бўлар эдилар.
Агар (12.1.) формулани математика нуқтаи назаридан нормал кўринишга келтирсак, у қуйидагича ёзилади.
(12.3.)
Демак, Ван - дер - Ваалс тенгламаси га нисбатан учунчи даражали тенглама экан. хар хил температуралар учун Р нинг га боғлиқлиги Ван - дер - Ваалс изотермалари дейилади ва улар 12.1- расмда кўрсатилган.
Кўриниб турибдики, ларда график тўлқинсимон (минимиум ва максимумлари бор) сохага эга. Бу сохада Р нинг битта қиймати учун хажмнинг учта хар хил қийматга эгалари тўғри келади. учун эса хажмнинг битта қиймати учун босимнинг битта қймати тўғри келади.
Маълумки, учунчи даражали тенгламанинг ёки учта хақиқий ечими бўлади, ёки битта хақиқий ва иккита мавхум ечим бўлади. Кўриниб турибдики биринчи хол учун босимнинг битта P₁ қиймати учун хажмнинг қийматлари тўғри келади, иккинчи хол учун эса юқори температура изотермасида битта Р қиймати учун битта қиймати тўғри келади.
Амалда Ван - дер - Ваалс изотермаларининг бундай кўринишини қандай текшириб кўриши мумкин? Бундай текширишни 1869 йилда Ван - дер - Ваалс ўз тенгламасини чиқармасдан аввал, Эндрюс деган олим бажарган. Tажриба схемаси 12.2-расмда кўрсатилган. Поршен тагига 1 мол CО₂ гази киритилади. Газнинг босими ва хажми монометр М ва Н шкала ёрдамида ўлчанади. Герметик равишда ёпилган шиша дераза Д орқали цилиндр ичидаги газ кузатилиши мумкин. Цилиндр термостатга ўрнатилади. Агар газни 31⁰С дан юқори температурада сиқилса поршен тагида кўзга кўринадиган хеч қандай воқеа юз бермайди. Агар сиқиш +31⁰C дан паст температурада амалга оширилса, у холда хажм маълум қийматга эришганда поршен тагида суюқлик томчилари (туман) пайдо бўлади, ва цилиндрнинг деворига ўтирабошлайди. Натижада цилиндр бутунлай суюқликка тўлиб кетади. Газнинг суюқликка айланиши ўзгармас босимда юз беради (расмга қаранг).

12.2-расм

Демак, экспрементал изотермаларнинг горизонтал қисми («платаси») газнинг суюқликка айланиш жараёнини англатади. Платада суюқлик ва газ биргаликда «яшайди», ва оралиғида хажм дан кичик бўлганда CО₂ газнинг хаммаси суюқликка айланган бўлади.
Иккала хам назарий, хам амалий изотермаларни солиштирсак улар бир - бирига ўхшаш эканлигини кўриш мумкин, фақат битта фарқи шу йердаки, газнинг суюқликка айланиши Эндрюс изотермасида платада юз беради, Ван - дер - Ваалс изотермасида - тўлқинсимон участкада.
Эндрюс тажрибаси шуни кўрсатадики, хар қандай газ суюқликка фақат шу газга хос булган маълум температура T_к дан паст температурада айлантириши мумкин. Агар газ температураси T_к дан юқори бўлса, уни хеч қандай босим остида хам суюқликка айлантириб бўлмайди. Бу T_к температурани критик температура деб аталади. Расмда К нуқта критик нуқта деб аталади, бу нуқтада тегишли холат, хажм критик хажм ва босим критик босим деб аталади.
Мисол:

Модда	Критик температура (^0C)	Критик босм (атм)
Сув	+374	218
Углекислота (CО2)	+31	73
Кислород	- 119	50
Азот	- 147	34
Водород	- 240	13
Гелий	- 268	2,3