КЛАСТЕРНАЯ ТЕОРИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ ГАЗОВ
Поведение теплоемкости реальных газов существенно отличается от той картины, которую рисуют классическая и квантовая теории. Особенно наглядно это видно на примере одноатомного газа. Согласно обеим этим теориям теплоемкость Cp одноатомного газа должна быть равна 2,5R при любой температуре и давлении. Однако, как следует из справочника [1], теплоемкость аргона, например, существенно зависит и от температуры и от давления. Так при 170К она оказывается разной при разном давлении. Удельная теплоемкость Cp при Р=10 бар равна 0,579 кДж/кгК; при 90 бар -
2,852 кДж/кгК, а при 200 бар - 1,276 кДж/кгК.
Максимальное значение молярной теплоемкости Cp достигает13,57R, а минимальное ни при каких давлениях не равно 2,5R. Такая же сложная зависимость теплоемкости аргона от температуры. При давлениях ниже 70-80 бар Cp с увеличением температуры уменьшается, а при давлениях больше 80 бар она сначала увеличивается, а затем уменьшается.
Все эти особенности поведения теплоемкости можно объяснить кластерной моделью газов. Если у молекул одноатомного газа нет вращательных и колебательных степеней свободы, то у их комплексов или кластеров они появляются. По этой причине при определении внутренней энергии газа следует учитывать не только поступательную энергию движения молекул, но и энергию связи кластеров, а также их вращательную и колебательную энергию. Причем, как оказалось, эти виды энергии следует учитывать по разному у малых и больших кластеров.
У малых кластеров вследствие небольшой энергии связи, порядка 100-150К, колебательная энергия в тех пределах изменения температуры, при которых кластеры существуют, меняется незначительно. Поэтому у малых кластеров колебательную энергию можно не учитывать. Здесь учитывается только энергия связи, а также энергия поступательного и вращательного движений.
Большие кластеры, вследствие их значительной массы, имеют малые скорости поступательного и вращательного движений.
Поэтому эти виды движений пpaктически не участвуют в передаче энергии. Однако число колебательных степеней свободы очень большое. Колебательные движения отдельных атомов или молекул перестают быть независимыми.
Коллективные колебания молекул образуют стоячие волны (фононы). Число таких независимых стоячих волн 3 и поэтому энергия колебательных степеней свободы, приходящаяся на один моль, будет .
В кластерной модели газ считается идеальным в том смысле, что пренебрегается взаимодействием кластеров между собой. Взаимодействие молекул учитывается реакциями образования и распада кластеров и энергией связи молекул в кластере. По этой причине слагаемые в U, связанные с вириальными коэффициентами, опускаются. Однако при строгих расчетах их следует учитывать.
Учитывая выше сказанное, внутреннюю энергию кластеризованного газа можно записать в виде:
(1)
где - температура, соответствующая минимуму энергии в потенциале Леннарда-Джонса, - концентрация комплексов размерности g, - средний размер кластера, v- число молей, подсчитанных по массе, т.е. , R-газовая постоянная, T- абсолютная температура.
В (1) первое слагаемое соответствует энергии связи комплексов, второе учитывает поступательную и вращательную энергию или колебательную энергию больших кластеров. Поскольку мономер одноатомного газа не имеет вращательных и колебательных степеней свободы, а димер имеет лишь две вращательных и одну колебательную степень свободы, то в (1) пришлось добавить последние два слагаемых, учитывающих этот фактор.
Так как теплоемкость CV определяется производной по T от U, то необходимо учитывать, что концентрация комплексов существенно зависит от температуры. Используя закон действующих масс, записывается следующее выражение для концентрации:
(2)
Учитывая это равенство можно найти и :
; (3)
(4)
(5)
- для сильно кластеризованного газа и
- для слабо кластеризованного газа.
Проделав все эти вычисления, для сильно кластеризованного газа получим следующее выражение для CV:
(6)
Поскольку газ сильно кластеризован, предельный переход к классической формуле невозможен.
Для слабо кластеризованного газа была получена другая формула:
(7)
В этом случае предельный переход дает СV=1,5R.
Полученные формулы, учитывая зависимость концентрации кластеров от температуры и давления, позволяют объяснить поведение теплоемкости реальных газов и ее зависимость от этих величин.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вассерман А.А., Казавчинский Я.З., Рабинович В.А. Теплофизические свойства воздуха и его компонент. - М.: Наука, 1966.-376 с.
Статья в формате PDF
109 KB...
11 08 2026 4:48:54
Статья в формате PDF
89 KB...
10 08 2026 6:14:17
Статья в формате PDF
133 KB...
09 08 2026 7:14:50
Статья в формате PDF
358 KB...
08 08 2026 12:59:30
Статья в формате PDF
106 KB...
07 08 2026 14:51:24
Впервые было изучено интерлейкина – 8 – 251 ТА среди женщин Азербайджана больными эндометриозом. 50 пpaктически здоровых и 70 женщин больных эндомертиозом находились под нашем наблюдением. Исследование показали что, генетический полиморизм интерлейкина – 8 А/Т 251 играет роль в потогенезе эндометриоза.
...
06 08 2026 4:34:11
Статья в формате PDF
119 KB...
04 08 2026 16:48:23
В опытах с 19 полосками миометрия, полученных от 5 женщин в конце доношенной беременности при плановом кесаревом сечении, установлено, что озонированный ( ≈0,50 мкг/мл) раствор Кребса ингибирует спонтанную сократительную активность миометрия и существенно уменьшает стимулирующий эффект адреналина, т.е. снижает его α-адренореактивность. Это объясняет эффективность озонотерапии при угрозе прерывания беременности и дискоординированной родовой деятельности.
...
03 08 2026 13:56:22
Статья в формате PDF
104 KB...
02 08 2026 23:34:12
В статье рассмотрена категория «инновация», как экономическое явление, что позволило дополнить отраженные в научной литературе критерии классификации инноваций. Определено, что важнейшей формой оказания государственной поддержки инноваций является повышение эффективности государственных расходов.
...
01 08 2026 11:17:46
Статья в формате PDF
140 KB...
31 07 2026 22:23:17
Получены уравнения конвекции и конвективной диффузии двухкомпонентных смесей в магнитном поле. Исследованы различные частные случаи. Решена задача о конвективном движении смеси вблизи вертикальной пластины, на поверхности которой происходит гетерогенная химическая реакция. Библиогр. 4 назв.
...
29 07 2026 10:41:29
Статья в формате PDF
122 KB...
28 07 2026 13:14:29
Статья в формате PDF
581 KB...
27 07 2026 0:58:29
Статья в формате PDF
98 KB...
25 07 2026 16:12:57
Статья в формате PDF
235 KB...
24 07 2026 6:24:26
Статья в формате PDF
142 KB...
23 07 2026 7:43:31
Статья в формате PDF
279 KB...
22 07 2026 11:34:35
Статья в формате PDF
130 KB...
21 07 2026 21:24:18
Статья в формате PDF
91 KB...
20 07 2026 19:40:48
Статья в формате PDF
123 KB...
19 07 2026 18:16:50
Статья в формате PDF
105 KB...
18 07 2026 11:28:47
Статья в формате PDF
113 KB...
17 07 2026 3:50:16
Статья в формате PDF
122 KB...
16 07 2026 11:27:40
Статья в формате PDF
224 KB...
15 07 2026 12:34:10
Статья в формате PDF
102 KB...
13 07 2026 0:51:53
Статья в формате PDF
498 KB...
11 07 2026 0:24:13
Статья в формате PDF
124 KB...
10 07 2026 1:24:54
Статья в формате PDF
728 KB...
09 07 2026 1:55:31
Статья в формате PDF
113 KB...
08 07 2026 6:11:16
Статья в формате PDF
104 KB...
07 07 2026 23:36:56
Статья в формате PDF
255 KB...
06 07 2026 9:18:47
Статья в формате PDF
111 KB...
05 07 2026 6:13:59
Статья в формате PDF
107 KB...
04 07 2026 11:57:56
В обзоре изложены современные представления об этиологии и патогенезе гестоза. Показано значение как генетически детерминированного, так и обусловленного развитием воспалительного процесса гeнитaлий повышения проницаемости маточно-плацентарного барьера для антигенов плода. Рассмотрена роль иммунокомплексной патологии как пускового механизма в развитии гестоза, значение нарушения продукции плацентой белков беременности и цитокинов с иммуносупрессивным действием при осложненном течении беременности.
...
03 07 2026 5:58:19
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::
