Номер 1, страница 143 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

1. Отличия реальных газов от идеального.

1. Отличия реальных газов от идеального.

Идеальный газ — это физическая модель, которая используется для упрощенного описания поведения газов. Реальные газы, существующие в действительности, отличаются от этой модели, особенно при высоких давлениях и низких температурах. Ключевые отличия заключаются в следующем:

Объем молекул
- В модели идеального газа предполагается, что молекулы являются материальными точками, то есть их собственный объем равен нулю. Считается, что весь объем сосуда доступен для движения молекул.
- В реальном газе молекулы и атомы имеют конечный, ненулевой объем. При низких давлениях этот объем пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда. Однако при высоких давлениях, когда газ сжат, объем самих молекул становится сопоставим с общим объемом, и свободное пространство для движения уменьшается.

Межмолекулярное взаимодействие
- В модели идеального газа считается, что между молекулами отсутствуют какие-либо силы притяжения или отталкивания. Их взаимодействие сводится лишь к абсолютно упругим столкновениям. Потенциальная энергия взаимодействия молекул равна нулю.
- В реальном газе между молекулами действуют силы межмолекулярного взаимодействия (силы Ван-дер-Ваальса). На расстояниях, превышающих размеры молекул, преобладают силы притяжения. На очень близких расстояниях (при столкновениях) действуют мощные силы отталкивания. Именно наличие сил притяжения объясняет возможность конденсации реального газа в жидкость.

Уравнение состояния
- Идеальный газ при любых условиях подчиняется уравнению состояния идеального газа (уравнению Клапейрона-Менделеева):
$PV = \nu RT$
где $\text{P}$ — давление, $\text{V}$ — объем, $\nu$ — количество вещества, $\text{R}$ — универсальная газовая постоянная, $\text{T}$ — абсолютная температура.
- Реальный газ подчиняется этому уравнению лишь приблизительно и только в условиях разреженного состояния (при низких давлениях и высоких температурах). Для более точного описания его состояния используют более сложные уравнения, например, уравнение Ван-дер-Ваальса для одного моля газа:
$(P + \frac{a}{V_m^2})(V_m - b) = RT$
Здесь $V_m$ — молярный объем, а константы $\text{a}$ и $\text{b}$ — поправки, которые учитывают соответственно межмолекулярное притяжение (поправка к давлению) и собственный объем молекул (поправка к объему).

Внутренняя энергия
- Внутренняя энергия идеального газа является функцией только температуры. Она равна сумме кинетических энергий поступательного и вращательного движения его молекул.
- Внутренняя энергия реального газа зависит как от температуры (кинетическая энергия молекул), так и от объема. Зависимость от объема обусловлена наличием потенциальной энергии межмолекулярного взаимодействия, которая меняется при изменении среднего расстояния между молекулами.

Фазовые переходы (сжижение)
- Идеальный газ невозможно перевести в жидкое или твердое состояние, поскольку в этой модели отсутствуют силы притяжения между молекулами, необходимые для конденсации.
- Любой реальный газ можно сжижить (конденсировать), если охладить его ниже определенной для каждого вещества критической температуры и приложить достаточное давление.

Ответ: Основные отличия реального газа от идеального заключаются в том, что молекулы реального газа имеют конечный объем и между ними существуют силы взаимодействия (притяжения и отталкивания). Вследствие этого реальные газы, в отличие от идеальных, могут переходить в жидкое и твердое состояния, их внутренняя энергия зависит не только от температуры, но и от объема, а их поведение описывается сложными уравнениями состояния (например, Ван-дер-Ваальса), в то время как для идеального газа всегда справедливо простое уравнение Клапейрона-Менделеева. Поведение реального газа приближается к идеальному при высоких температурах и низких давлениях.