Номер 1062, страница 169, часть 2 - гдз по физике 10-11 класс сборник задач Парфентьева

Часть 2. Реальные газы - номер 1062, страница 169.

Условие.

1062. H Чем объясняется уменьшение давления при низких температурах реального газа?

Решение.

Решение

Уменьшение давления реального газа при низких температурах по сравнению с давлением, которое предсказывает модель идеального газа, объясняется силами межмолекулярного взаимодействия. Модель идеального газа пренебрегает этими силами, а также собственным объемом молекул, что является хорошим приближением при высоких температурах и низких давлениях. Однако при низких температурах эти факторы становятся существенными.

Основных причин две:

1. Межмолекулярное притяжение. В реальном газе молекулы притягивают друг друга (силы Ван-дер-Ваальса). Давление газа на стенки сосуда создается ударами молекул об эти стенки. Когда молекула газа приближается к стенке, она испытывает силу притяжения со стороны остальных молекул, находящихся в объеме газа. Эта сила направлена от стенки вглубь сосуда и тормозит молекулу. В результате скорость молекулы в момент удара о стенку оказывается меньше, чем если бы сил притяжения не было. Уменьшение скорости удара приводит к уменьшению импульса, передаваемого стенке, и, следовательно, к уменьшению давления.

2. Роль температуры. Эффект межмолекулярного притяжения становится особенно заметным при низких температурах. Это связано с тем, что при понижении температуры средняя кинетическая энергия теплового движения молекул уменьшается. Она становится сопоставимой с потенциальной энергией межмолекулярного притяжения. В результате силы притяжения начинают оказывать значительное влияние на траекторию и скорость молекул. При высоких температурах, наоборот, кинетическая энергия молекул настолько велика, что влиянием сил притяжения можно пренебречь.

Это явление учитывается в уравнении состояния реального газа, например, в уравнении Ван-дер-Ваальса: $ \left( p + \frac{a \nu^2}{V^2} \right) (V - \nu b) = \nu RT $

Здесь $\text{p}$ – это измеряемое давление реального газа. Член $ \frac{a \nu^2}{V^2} $ представляет собой поправку на межмолекулярное притяжение, которая фактически увеличивает давление до значения, которое имел бы "идеальный" газ без притяжения. Следовательно, реальное давление $\text{p}$ меньше, чем предсказываемое для идеального газа, именно на величину этой поправки.

Ответ: Уменьшение давления реального газа при низких температурах объясняется действием сил межмолекулярного притяжения. При низких температурах кинетическая энергия молекул снижается и становится сравнимой с энергией их взаимного притяжения. Из-за этого молекулы, подлетающие к стенке сосуда, притягиваются и тормозятся остальными молекулами, что ослабляет силу их ударов о стенку и приводит к снижению общего давления по сравнению с давлением идеального газа при тех же условиях.