Теория реального вещества. Наукой представлено большое

Теория реального вещества.
Наукой представлено большое число теории или законов реального газа. Наиболее известный
закон реального газа Ван-дер-Ваальса, который увеличивает точность описания поведения
реальных газов при низких температурах. В этом законе, учитываются силы межмолекулярного
взаимодействия, и внутренняя энергия U становится функцией не только температуры, но и
объёма. Наименее известный закон реального газа разработан автором см.
http://soobjestvo.technica-molodezhi.ru/docs/analinik/FIL12701319870N926751001/
Содержание этой работы составляет изложение принципиально нового закона состояния
реального газа, выведенного автором. При выводе закона автором введены новые понятия о
внутренних параметрах вещества: внутренняя температура, внутренний объем газа и внутреннее
давление. Математической формой изложения закона является уравнение, в котором
установлена связь между параметрами состояния давления, объема и температуры газа и
внутренними параметрами. Несмотря на то, что свойства реальных газов закономерно
отклоняются от свойств идеального газа, решение проблемы стало возможным именно при
изменении самого подхода к реальному газу. Ведь реальный газ обладает реальными
физическими параметрами, характеризующими его и ограничивающими пределы существования.
К таким показателям следует отнести объем, приобретаемый молекулами газа при температуре
отвердевания, и саму эту температуру. Достигая этих предельных величин газ, просто перестаёт
существовать, лишая тем самым физического смысла любое предложенное универсальное
уравнение, не учитывающее данные параметры.
Правильное решение, как считает автор, должно быть достигнуто не путем добавления различных
коэффициентов и констант, а путем поиска и нахождения физической зависимости между
изменяющимися и предельными параметрами реального газа.
Приведенные в различных изданиях экспериментальные данные изотерм различных газов (СО2,
N2, CH4 и т. д.) хорошо согласуется с результатами, полученными с помощью нового уравнения
автора. Однако решить вопрос хорошего согласования поведения реального газа при его
температуре приближающей критической, с помощью уравнения автора так и всеми другими
уравнениями не удается.
Встали вопросы, на которые необходимо было ответить: С чем это связано и что не учитывается в
процессе рассмотрения вещества в газовом состоянии? Действительно ли вещество скачком
переходит из одного агрегатного состояния в другое? Или это переход является плавным?
Уравнение идеального газа хорошо описывает поведение реальных газов при низких давлениях и
высоких температурах. А при повышении давления и снижения температуры в соответствие с
опытом гораздо хуже. В частности, это проявляется в том, что реальные газы могут быть
переведены в жидкое и даже в твёрдое состояние, а идеальные — не могут. Вывод: чем больше
значения отношения реальной температуры к критической и меньше значения отношения
реального давления к критическому, тем он ближе реальный газ идеальному. И наоборот.
Молекулярно-кинетическая теория газа или как сейчас принято кинетическая теория газа
(справочные данные в этой работе из « Википедии — свободной энциклопедии»).
Все тела состоят из частиц, размером которых можно пренебречь: атомов, молекул и ионов;
частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом);
частицы взаимодействуют друг с другом путём абсолютно упругих столкновений
Основными доказательствами этих положений считались:
Диффузия
Броуновское движение
Изменение агрегатных состояний вещества.
Автор может согласиться, что доказательством этой теории диффузия и броуновское движение,
но ни как изменение агрегатного состояния. Агрегатное состояние зависит от природы вещества,
что ни каким образом, не учитывается кинетической теории газа. Именно недостатком этой
теории является то, что нет возможности определить границы перехода вещества ни по
кинетической энергии, ни по давлению, оказываемому газом на стенки сосуда. Благодаря этой
теории можно получить все уравнения идеального газа, но надо заметить не реального чем мы
хотим заняться.
Автор при исследовании растворимости газа в хладонах обнаружил, что растворимый газ в
жидкости находится в состоянии критической плотности и равномерно распределен по объему
раствора в отсутствие внешних полей. Этот закон как бы противоречит тому, что критическая
плотность может быть достигнута только при температуре вещества равной или ниже
критической.
Откуда можно сделать вывод, что любой газ независимо от вида и растворителя, от температуры
и от давления приобретает критическую плотность в растворенном состоянии. Этот новый закон
расширяет познание о строении вещества. Это новое агрегатное состояние вещества в растворе.
Выходит, что газ не растворяется в жидкости, он вначале превращается в жидкую фазу с
критической плотностью, а затем смешивается с ней. Т. е. растворимость газа в жидкости это
процесс смешивания. Это все происходит на границе раздела сред.
См. http://soobjestvo.technica-molodezhi.ru/docs/analinik/FIL12961684480N318277001/
Основная идея предложена автором на основе исследования растворимости газа в жидкости это
рассмотрение агрегатного состояния как совокупность всех в данном состоянии, имеющего
преимущество в заданных условиях. Т.е. если вещество находится в заданных условиях как газ, то
в нем есть жидкость, твердое вещество, плазма. И поведение его определяется их соотношением.
Идеальным газом теперь можно назвать газ, где доля других состоянии равна нулю. Это состояние
газ может приобрести при высоких температурах, но достаточно низких для плазмы, и малых
давлениях, значительно ниже критического. Теперь можно менять и определение жидкости это
состояние вещества, является способность неограниченно менять форму под действием
касательных механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при
этом объём, но при этом содержит критическую газ-жидкость, который по определению имеет
критическую плотность. Критический газ это то промежуточное состояние вещества, когда
находясь в газе его можно считать жидкостью, а находясь в жидкости можно перечислять к газу.
По мере повышения температуры количество газа возрастает и снижает плотность жидкости, и
при достижении критической температуры жидкость переходит в газ. Этот газ так же содержит
критический газ-жидкость и имеет критическую плотность, но только с увеличением температуры
его доля постоянно снижается. Долю твердого состояния в этой работе из рассмотрения упустим,
тем более влияние его для газа можно пренебречь.
Каким образом можно определять соотношения между газом и частью критической газ-жидкости.
Если считать что каждая молекула имеет определенную скорость и соответственно в зависимости
от массы ее и скорости кинетическую энергию. Согласно теории вероятности при среднем
значении кинетической энергии молекул скорости и кинетические энергии молекул будут
распределены по определенному закону. Рассмотрим закон распределения, предложенный
Максвеллом. Максвелл исходил из представления о газе как совокупность множества идеально
упругих шариков, хаотически движущихся в замкнутом пространстве и сталкивающихся друг с
другом. Молекулы можно разделить на группы по скоростям, при этом в стационарном состоянии
число молекул в каждой группе остаётся постоянным, хотя они могут менять скорость после
столкновений. Из такого рассмотрения следовало, что в равновесии частицы имеют не
одинаковую скорость, а распределяются по скоростям в соответствии с кривой Гаусса
(распределение Максвелла). С помощью полученной функции распределения Максвелл
рассчитал ряд величин, играющих важную роль в явлениях переноса: число частиц в
определённом диапазоне скоростей, среднюю скорость и средний квадрат скорости. Полная
функция распределения вычислялась как произведение функций распределения для каждой из
координат. Распределение энергии Максвелла может быть выражено как дискретное
распределение энергии:
где
является числом молекул имеющих энергию
при температуре системы ,
является
общим числом молекул в системе и — постоянная Больцмана. Поскольку скорость связана с
энергией, уравнение (1) может использоваться для получения связи между температурой и
скоростями молекул в газе. Знаменатель в уравнении (1) известен как каноническая
статистическая сумма. (Википедия, Распределение Максвелла)
Если задаться величиной энергии
равной при критической температуре, то можно
определить
число молекул имеющих критическую энергию по отношению к общему
при
температуре . Таким образом можно определить соотношение количества молекул имеющих
энергию соответствующую критической температуре к общему числу молекул. А значит, можно
определить какое количество молекул составляет критический газ-жидкость, и находится, в каком
объеме, и какое количество молекул в состоянии газа
г=
-
занимают объем. По теории
предложенной автором количества молекул, составляющие критическую газ-жидкость занимают
объем с критической плотностью. Остальной объем будет занимать молекулы в состоянии газа.
Кроме того так как этот объем, занимаемый газ-жидкостью не зависит от давления, то можно
считать он не сжимаем. Таким образом, проглядывается основная мысль, позволяющая
составить уравнение.
Запишем уравнение идеального газа для определения давления в виде:
P = Na k T/V
(2)
Где: P - давление для одного моля вещества
Na - число Авогадро,
k = 1,38·10–16 эрг/K – переводный коэффициент, определяющий, какая часть эрга содержится
в градусе.
T – Температура Кельвина,
V – объем, занимаемый веществом.
Учитывая вышесказанное можно написать уравнение реального газа, которое примет вид:
P = (Na-NI) k T/(V- Vg)
Где:
(3)
Vg – объем, занимаемый молекулами частью критической газ-жидкости.
Этот объем, занимаемый молекулами частью критической газ-жидкости, рассчитывается по
количеству молекул энергия которых ниже чем если они находились при критической
температуре по приведенного уравнения (1) и при условии, что вещество имеет критическую
плотность. Далее определяют дозу молекулярную веса, приходящую на долю критической газжидкости. Такое понятие газ-жидкость надо для того, чтобы представлять одно и тоже
критическое состояние равномерно распределенное по всей массе вещества и в зависимости от
агрегатного состояния может проявлять как газ в жидкости, и как жидкость в газе. Может газжидкость лучше назвать негаз или ногаз. Так как эта часть объема уменьшает пространство
занимаем газом и снижающего поля его действия. Над этим надо подумать.
m = M Ni /Na
(4)
где: m – доза молекулярного веса приходящего на долю критического газа-жидкости,
M – молекулярный вес вещества.
Определив значение m, и зная критическую плотность данного вещества произвести расчет
объема Vg .
Предложенное уравнение может быть в дальнейшем уточнено введением поправки на учет
объема самих молекул, т.е. знаменатель может быть записан как (V- Vg –Vm), где Vm – суммарный
объем молекул Na-NI в состоянии газа.
Совокупность решений уравнении 1,2,3,4 позволит определять P=f(V) при любых значениях
температуры выше критической для данного газа.
Здесь надо изложить не как закон реального газа, а как закон распределения молекул в реальном
газе, часть из которых в зависимости от температуры газа и природы вещества составляющего
этот газ не выполняют функцию газа по причине того, что энергия их соответствует энергии этой
части вещества, которая ведет себе как жидкость т.е. совершают только колебательные
движения и не могут передавать давления. А пространство. в котором они совершают эти
движения, недоступный для газа.
Предварительно можно дать определения этому закону. Газ содержит молекулы, энергия которых
соответствует жидкости, и они не проявляют себя как газ.
Эту теорию можно распространить и на жидкость. Любая жидкость содержит молекулы, энергия
которых выше жидкости и они проявляют себя как газ. Так при увеличении температуры их
количество увеличивается, что приводит к увеличению объема. Максвелл показал, что молекулы
могут иметь различные скорости. Они меняются в зависимости от температуры. Но надо
учитывать, что в зависимости от природы вещества часть молекул имеют скорости и проявляют
себя так, если бы они находились в другом агрегатном состоянии. Т.е. в газе есть жидкость, и
даже по энергии твердое вещество. Единственное отличие, что это не одни и те же молекулы, а
все время разные, но по количеству при постоянной температуре их соотношение не меняется.
Такой подход позволит пересмотреть многие явления, происходящие с веществами с другой
точки зрения.
Если вместо k постоянной Больцмана воспользоваться универсальной газовой постоянной,
которая выражается через произведение постоянной Больцмана на число Авогадро R=k Na, то
уравнение ( 3) примет вид:
P = RT(1-Ni/Na)/(V- Vg)
( 31 )
R - универсальная газовая постоянная более удобна при расчетах, когда число частиц задано для
моля.
Анализ уравнения показывает что Ni не может быть равным Na т.е. согласно распределения
молекул по энергии при критической температуре, как и ниже ее, есть часть молекул энергия
которых превышает критическую.