1. Теория (Молекулярная физика). Реальные газы. Отличие от идеального газа. Уравнение Ван-дер-Ваальса (качественно). Силы межмолекулярного взаимодействия. 2. Задача. Почему при низких температурах и высоких давлениях реальные газы сильнее отклоняются от закона Бойля–Мариотта? Ответ поясните на основе уравнения Ван-дер-Ваальса (без расчётов). 3. Творческое задание. Предложите экспериментальный метод определения критической температуры газа. Какое явление (исчезновение мениска) используется?

1. Теория: Реальные газы

Реальные газы отличаются от идеальных тем, что учитывают силы межмолекулярного взаимодействия и собственный объём молекул. Уравнение Ван-дер-Ваальса для реальных газов учитывает эти факторы:

\( \left( P + \frac{a n^2}{V^2} \right) (V - nb) = nRT \)

• \( \frac{a n^2}{V^2} \) — поправка на силы притяжения между молекулами.
• nb — поправка на собственный объём молекул.

2. Задача: Отклонение от закона Бойля–Мариотта

При низких температурах и высоких давлениях реальные газы сильнее отклоняются от закона Бойля–Мариотта, потому что:

1. Силы притяжения становятся существенными: При низких температурах и высоких давлениях молекулы газа находятся близко друг к другу, и силы межмолекулярного притяжения (учитываемые членом \( \frac{a n^2}{V^2} \)) становятся соизмеримы с давлением газа. Эти силы уменьшают давление газа по сравнению с идеальным.
2. Собственный объём молекул становится значимым: При высоких давлениях объём, занимаемый самими молекулами (учитываемый членом \( nb \)), становится существенной долей от общего объёма сосуда. Это уменьшает свободный объём, доступный для движения молекул, что также влияет на давление.

Таким образом, уравнение Ван-дер-Ваальса показывает, что давление реального газа будет отличаться от давления идеального газа при указанных условиях.

3. Творческое задание: Определение критической температуры

Экспериментальный метод:

Для определения критической температуры газа можно использовать метод наблюдения за его поведением при нагревании в запаянном сосуде. Устанавливается стеклянный запаянный сосуд с исследуемым газом. Сосуд помещается в термостат, позволяющий плавно повышать температуру. При нагревании газ расширяется, но объём сосуда остаётся постоянным, поэтому растёт давление. При определённой температуре, называемой критической температурой, газ достигает состояния, в котором границы между жидкой и газообразной фазами исчезают. Это явление называется исчезновением мениска.

Используемое явление:

Явление, которое используется для определения критической температуры, — это исчезновение мениска. Мениск — это видимая граница между жидкой и газообразной фазами. При достижении критической температуры плотности жидкости и газа становятся равными, и граница между ними перестаёт быть видимой.

Ответ: Экспериментальный метод основан на наблюдении за поведением газа при нагревании в запаянном сосуде и фиксации температуры, при которой исчезает видимая граница между жидкой и газообразной фазами (исчезновение мениска).