The Virial Coefficients of Pure Gases and Mixtures pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Clarendon Pr

作者:J. H. Dymond

出品人:

页数:534

译者:

出版时间:1979-10

价格:USD 99.00

装帧:

isbn号码:9780198553618

丛书系列:

图书标签:

• Virial Coefficients
• Pure Gases
• Gas Mixtures
• Thermodynamics
• Statistical Mechanics
• Intermolecular Forces
• Equation of State
• Transport Properties
• Chemical Engineering
• Physical Chemistry

《稀薄气体的热力学性质：维里系数的理论与应用》 这本书深入探讨了稀薄气体和混合气体的热力学性质，重点聚焦于描述这些系统行为的关键参数——维里系数。我们将从理论的基石出发，逐步构建起对维里系数的深刻理解，并最终展示其在实际应用中的广泛价值。 第一部分：理论基础与基本概念 在本部分，我们将首先回顾与稀薄气体行为相关的基本热力学原理。我们将介绍理想气体的模型，并阐述为何现实中的气体在偏离理想状态时需要更精密的描述。由此，引出真实气体的状态方程，并详细解析维里方程作为一种描述真实气体压强、体积和温度之间关系的数学表达形式。 理想气体的局限性： 我们将从分子运动论出发，解释理想气体假设（分子自身体积可忽略，分子间无相互作用力）在实际情况下的不适用性。通过对比理想气体的状态方程（PV=nRT）与现实气体的行为，引出研究真实气体状态方程的必要性。 真实气体的状态方程： 介绍不同形式的状态方程，如范德华方程，并分析其在引入分子间作用力和分子自身体积校正方面的意义。我们将重点指出，这些方程虽然是重要的进步，但其形式通常较为复杂，且需要实验数据来确定常数。 维里方程的引入： 详细介绍维里方程的数学形式，即压强或压缩因子表示为温度幂级数的展开。我们将解释维里方程的优势在于其理论上的普遍性，并且可以从统计力学的角度导出。 维里系数的物理意义： 深入剖析维里系数的物理含义。 第一维里系数（B(T)）： 解释其主要反映了气体分子间的吸引力作用。在较低温度下，吸引力占主导，导致气体体积小于理想气体；随着温度升高，动能的增加使得吸引力的影响减弱。我们将探讨B(T)随温度变化的典型曲线，以及其零点温度（Boyle温度）的意义，即气体在该温度下表现得最为接近理想气体。 第二维里系数（C(T)）： 解释其主要反映了分子间的 pairwise 相互作用，即两个分子之间的相互作用。C(T)的出现表明了对三体及以上分子相互作用的初步考量，尽管在大多数实际情况下，C(T)的影响相比B(T)更为微弱。我们将讨论C(T)通常也随温度变化，并且其符号和大小可以提供关于分子相互作用势的更多信息。 更高阶维里系数： 简要介绍更高阶维里系数的存在，它们分别代表了三个、四个……分子之间的协同作用。在通常的操作条件下，高阶维里系数的影响可以忽略不计，使得前几项维里系数足以精确描述气体的行为。 第二部分：纯气体的维里系数 本部分将聚焦于纯净气体的维里系数，深入分析其理论计算方法和实验测定技术。 分子相互作用势与维里系数的联系： 这是本部分的核心。我们将详细阐述，维里系数的本质是分子间相互作用势能函数（如Lennard-Jones势、Morse势等）的积分形式。我们将推导维里系数与相互作用势能之间的数学关系，例如，通过对分子间势能函数进行数学处理，可以计算出理论上的维里系数。 常用分子相互作用势模型： 介绍几种经典的分子相互作用势模型，并分析它们在描述不同类型气体分子间相互作用时的优缺点。例如，Lennard-Jones势模型（6-12势）的普适性及其在理论计算中的应用。 理论计算方法： 直接积分法： 介绍如何通过对分子相互作用势能函数进行统计力学积分来直接计算维里系数。我们将提供具体的数学公式和计算步骤。 近似方法： 讨论在某些情况下，由于计算复杂性，会采用一些近似方法来估算维里系数，并分析这些近似方法的适用范围和精度。 实验测定技术： 详细介绍用于精确测定纯气体维里系数的实验方法。 压强计法： 介绍如何通过精确测量不同温度和压强下气体的体积，然后利用维里方程拟合得到维里系数。 气体膨胀法： 讲解利用气体绝热膨胀或等温膨胀过程中参数的变化来推算维里系数的方法。 声速法： 探讨通过测量气体声速与温度、压强之间的关系来推断维里系数的原理。 衍射法： 简要介绍一些更先进的实验技术，如X射线或中子衍射，如何提供分子间距和相互作用的信息，进而用于推导维里系数。 误差分析与数据处理： 强调实验数据处理的重要性，包括误差来源的分析、数据拟合的方法以及结果的不确定性评估。 第三部分：混合气体的维里系数 在真实世界中，气体很少是纯净的，更多的情况是混合物。本部分将扩展理论框架，探讨混合气体的维里系数，以及如何处理多组分系统。 混合气体的状态方程： 介绍用于描述混合气体行为的状态方程，并引入混合维里方程的概念。 混合维里系数的定义： 详细定义混合维里系数，包括总维里系数和组分维里系数。我们将解释它们之间的关系，以及如何通过组分维里系数来预测混合气体的整体行为。 混合维里系数的理论计算： 组分维里系数的计算： 阐述如何基于纯组分的分子相互作用势来计算各组分的维里系数。 混合维里系数的预测（Mixing Rules）： 重点介绍用于预测混合维里系数的混合规则。我们将讨论常见的混合规则，例如： 线性混合规则： 介绍最简单的线性混合规则，以及其适用性限制。 二体混合规则： 解释如何考虑不同组分分子对之间的相互作用来计算混合维里系数，例如，引入“交叉维里系数”的概念。 更高阶混合规则： 简要提及更复杂的混合规则，它们试图更精确地反映多组分系统中的复杂相互作用。 分子间相互作用势在混合物中的应用： 讨论如何将分子相互作用势能的理念扩展到混合物中，考虑不同种类分子之间的相互作用。 实验测定混合气体的维里系数： 方法与挑战： 介绍测量混合气体维里系数的实验方法，并指出其与纯气体测量相比所面临的挑战，例如，需要精确控制各组分气体的比例，以及更复杂的仪器配置。 特定混合物的案例研究： 通过几个典型的混合气体体系（如空气、天然气等）的维里系数数据，展示理论计算与实验测定结果的对比，并分析其中的差异及其原因。 第四部分：维里系数的应用 本部分将展示维里系数在多个科学和工程领域的广泛应用，体现其作为描述真实气体行为重要参数的价值。 热力学性质的计算： 焓、熵、吉布斯自由能等： 解释如何通过维里系数及其对温度的导数，从维里方程出发，计算气体的焓、熵、吉布斯自由能等关键热力学性质。 压缩因子（Z）的精确计算： 强调维里系数是计算压缩因子Z的直接依据，而Z是衡量气体偏离理想状态程度的重要指标。 工程应用： 管道输送： 在天然气、石油气等气体的管道输送过程中，准确预测气体的体积变化和流动阻力至关重要。维里系数的应用可以帮助工程师优化输送条件，降低能耗，提高效率。 制冷与化工过程： 在低温制冷、气液分离、化学反应工程等领域，气体的精确状态方程对于设计和优化工艺流程至关重要。维里系数提供了实现这一目标的关键信息。 气体混合物的配比与设计： 在需要精确配比气体的应用中（如焊接、医疗气体），维里系数可以帮助预测混合气的性质，从而进行精确的组分设计。 地球科学与大气科学： 大气建模： 在大气科学中，了解不同气体成分（如氮气、氧气、二氧化碳等）在不同压力和温度下的行为对于建立精确的大气模型至关重要，维里系数的应用可以提高模型的准确性。 地质勘探： 在地质勘探中，对地下气体的性质和行为的理解，离不开精确的气体状态方程，维里系数为此提供了理论基础。 物理化学研究： 气体分离与纯化： 维里系数可以帮助研究人员理解不同气体在分离过程中的行为差异，从而设计更有效的纯化方法。 相平衡研究： 在研究气-液相平衡时，准确的状态方程是计算平衡组成和压强的必要条件，维里系数在此扮演着重要角色。 总结与展望 在本书的结尾，我们将对维里系数理论的成就进行总结，并展望未来的研究方向。我们将强调维里系数作为连接微观分子相互作用与宏观热力学性质的桥梁作用。同时，我们也将探讨在极端条件下（如超高压、超低温）维里系数理论的局限性，以及未来可能的研究方向，例如，对更复杂的分子间相互作用模型的探索，以及在计算科学和机器学习等领域应用维里系数的潜力。 本书旨在为读者提供一个全面而深入的关于稀薄气体和混合气体维里系数的知识体系，无论您是相关领域的学生、研究人员，还是工程师，都能从中获得有益的启发和实用的工具。

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