Ван-дер-Ваальса уравнение

одно из первых уравнений состояния реального газа, предложенное голландским физиком Я. Д. Ван-дер-Ваальсом (1873):

Здесь: р — давление газа; Т — его температура; V̅ — объём одного моля вещества; R — универсальная Газовая постоянная;а иb — константы, учитывающие отклонение свойств реального газа от свойств идеального. Член Межмолекулярное взаимодействие). Константа b является поправкой на собственный объём молекул газа и учитывает отталкивание молекул на близких расстояниях. Константы а и b обычно определяются из экспериментальных данных. При больших V̅ можно пренебречь обеими поправками и В. у. переходит в уравнение состояния идеального газа (см. Клапейрона уравнение).

В. у. является приближённым и количественно описывает свойства реальных газов лишь в области высоких температур и низких давлений. Однако качественно оно позволяет описывать поведение газа при высоких давлениях, конденсацию газа в жидкость и Критическое состояние(см. также Уравнение состояния).

На рис. изображено семейство изотерм (кривых зависимости р от V̅ при постоянной температуре), рассчитанных по В. у. Это уравнение, кубическое относительно V̅, имеет три корня. При низких температурах все три корня — действительные, а выше определённой температуры Тк, называемой критической, остаётся лишь один действительный корень. Физически это означает, что при Т > Т_к вещество может находиться лишь в одном (газообразном) состоянии, а ниже Т_к— в трёх состояниях (двух стабильных — жидком — и одном нестабильном). Графически это выражается так: при Т<>Т_к изотерма имеет три точки пересечения с прямой ac, параллельной оси объёмов. Точки прямой ac отвечают равновесию жидкости и её насыщенного пара. В условиях равновесия, например в состоянии, соответствующем точке b, относительные количества жидкости и пара определяются отношением отрезков bc/ba («правило моментов»). Равновесию фаз при определённой температуре соответствуют давление насыщенного пара р_нп и интервал объёмов от V̅_r. При более низких давлениях (правее V̅_r) изотерма характеризует свойства газа. Левая, почти вертикальная часть изотермы отражает очень малую сжимаемость жидкости. Участки ad и ес относятся соответственно к перегретой жидкости и переохлажденному пару (метастабильные состояния (См. Метастабильное состояние)). Участок de физически неосуществим, так как здесь происходит увеличение объёма при увеличении давления. Совокупность точек а,a',а»... и с, c',с»... определяет кривую, называемую бинодалью, которая очерчивает область совместного существования газа и жидкости. В критической точке К температура, давление и объём (Тк, р_к, Т/Т_к, Р/р_ки

Лит.: Штрауф Е. А., Молекулярная физика, Л. — М., 1949; 3оммерфельд А., Термодинамика и статистическая физика, пер. с нем., М., 1955: Вукалович М. П. и Новиков И. И., Уравнение состояния реальных газов, М. — Л., 1948.

А. А. Лопаткин.

Диаграмма состояния вещества в координатах объем — давление (₁, Т₂, Т₃, Т_к — изотермы, рассчитаные по уравнению Ван-дер-Ваальса; К — критическая точка. Линия dke («спинодаль») очерчивает область неустойчивых состояний.

ВАН-ДЕР-ВААЛЬСА уравнение - предложенное Й. Д. Ван-дер-Ваальсом (1873), уравнение состояния реального газа, учитывающее конечность объема молекул и наличие межмолекулярных сил притяжения; для одного моля имеет вид: (p+a/V2)(V-b) V = RT,где: p - давление, V - мольный объем, T - абсолютная температура, R - газовая постоянная, a и b - постоянные, характеризующие взаимодействие молекул данного вещества.

ВАН-ДЕР-ВААЛЬСА УРАВНЕНИЕ

одно из первых уравнений состояния реального газа. Предложено в 1873 голл. физиком Я. Д. Ван-дер-Ваальсом (J. D. van der Waals). Для моля газа, имеющего объём V при темп-ре Т и давлении р, имеет вид:

(p+a/V2)(V-b)=RT,

где R — универсальная газовая постоянная, а a и b — эксперим. константы, учитывающие отклонение св-в реального газа от св-в идеального. Так, член a/V2 имеет размерность давления и учитывает притяжение молекул в результате межмолекулярного взаимодействия, а константа b — поправка на собств. объём молекул, учитывающая отталкивание молекул на близких расстояниях. При больших V (а также для разреж. газов) константами а и & можно пренебречь и В. у. переходит в ур-ние состояния идеального газа (см. КЛАПЕЙРОНА УРАВНЕНИЕ).

В. у. явл. приближённым и количественно определяет св-ва реальных газов лишь в области высоких Т и низких р. Однако качественно оно позволяет описывать поведение газа при высоких р, конденсацию газа и критич. состояние.

На рисунке приведены изотермы, рассчитанные по В. у. При низких Т все три корня В. у.— действительные, а выше критич. темп-ры (Тк) остаётся лишь один действит. корень. Это означает, что при Т>ТК в-во может находиться только в одном (газообразном) состоянии, а при Т<ТК — в трёх состояниях (двух стабильных — жидком Vж и газообразном Vг — и одном нестабильном). Точки прямой ас отвечают равновесию жидкости и её насыщ. пара. В условиях равновесия, напр. в состоянии, соответствующем точке b, относит, кол-ва жидкости и пара определяются отношением отрезков вс/ва («правило моментов»). Равновесию фаз при определ. Т соответствует давление насыщ. пара рнп и интервал объёмов отVж до Vr.

Диаграмма состояния в-ва в координатах р — V: T1, Т2, Т3, Тк — изотермы, рассчитанные по ур-нию Ван-дер-Ваальса; К — критич. точка. Линия dKe (спинодаль) очерчивает область неустойчивых состояний.

При более низких р (за областью, где возможно одновременное существование газа и жидкости) изотерма характеризует св-ва газа. Левая, почти вертик. часть изотермы отражает малую сжимаемость жидкости. Участки ad и еc (и аналогичные участки др. изотерм) относятся соотв. к перегретой жидкости и переохлаждённому пару (метастабильные состояния). Участок de физически неосуществим, т. к. здесь происходит увеличение V при увеличении р. Совокупность точек а, а', а" и с, с', с",... определяет кривую, наз. бинодалью, к-рая очерчивает область совместного существования газа и жидкости. В критич. точке К параметры Тк, рк и Vк имеют значения, характерные для данного в-ва. Однако если в В. у. ввести относит. величины Т/Тк, р/рк и V/VK, то можно получить т. н. приведённое В. у., к-рое явл. универсальным.

ур-ние состояния реального газа. Для пмолей газа, имеющего объем Vпри т-ре Ти давлении р. имеет вид:

где R-газовая постоянная, аи b-постоянные Ван-дер-Ваальса, характерные для данного в-ва. Член ²/V² учитывает притяжение молекул газа (уменьшение давления) вследствие межмолекулярных взаимод., член nb-отталкивание молекул на близких расстояниях из-за наличия у них "собственного объема". Для разреженных газов В. у. принимает вид: pV = nRT (см. Клапейрона-Менделеева уравнение). Постоянные аи bопределяют экспериментально, напр. по параметрам критич. точки.

В. у. - простейшее ур-ние состояния, позволяющее определять точку фазового перехода газ - жидкость и критич. т-ру, выше к-рой в-во может находиться только в газообразном состоянии. Однако В. у. является приближенным и количественно описывает нек-рые св-ва газа лишь при высоких Ти низких р. Оно даже качественно не описывает многие св-ва реального газа, напр. зависимость изохорной теплоемкости от плотности. Термодинамич. св-ва газов м. б. рассчитаны с достаточной точностью на основе вириаль-ного уравнения состояния.

Ур-ние было предложено И. Д. Ван-дер-Ваальсом в 1873.

Лит. см. при ст. Газы. М. А. Анисимов.

ВАН-ДЕР-ВААЛЬСА УРАВНЕНИЕ

ВАН-ДЕР-ВА́АЛЬСА УРАВНЕ́НИЕ, уравнение состояния(см. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ), описывающее свойства реального газа(см. РЕАЛЬНЫЙ ГАЗ). Предложено Й. Д. Ван-дер-Ваальсом(см. ВАН-ДЕР-ВААЛЬС Йоханнес Дидерик) в 1873 г. Широко используется для качественного анализа поведения реальных газов и жидкостей. В модели реального газа Ван-дер-Ваальса молекулы рассматриваются как абсолютно твердые слабо притягивающиеся упругие сферы определенного диаметра.

Уравнение Ван-дер-Ваальса количественно определяет свойства реальных газов лишь в небольшом интервале температур и давлений: в области относительно высоких температур и низких давлений, так как входящие в него экспериментально определяемые константы являются функциями температуры.

Для моля газа объемом V при температуре Т и давлении р, уравнение Ван-дер-Ваальса имеет вид:

(p+a/V_m ²)(V_m — b) = RT,

где: R — газовая постоянная,

a и b — экспериментальные константы, учитывающие отклонение свойств реального газа от свойств идеального газа(см. ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ).

Член a/V² имеет размерность давления и учитывает притяжение между молекулами газа за счет ван-дер-ваальсовых сил(см. МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ). Действие сил притяжения газа приводит к появлению дополнительного давления на газ, называемого внутренним давлением. По вычислениям Ван-дер-Ваальса, внутреннее давление обратно пропорционально квадрату молярного объема, т. е. р_вн = a/V_m², где а — постоянная Ван-дер-Ваальса, характеризующая силы межмолекулярного притяжения, V_m — молярный объем.

Константа b является поправкой на собственный объем молекул газа и учитывает отталкивание молекул на близких расстояниях. Наличие сил отталкивания, которые противодействуют проникновению в занятый молекулой объем других молекул, приводит к тому, что фактически свободный объем, в котором будут двигаться молекулы реального газа, будет не V_m, а V_m-b, где b — объем, занимаемый самими молекулами. Объем b равен учетверенному собственному объему молекул.

Константы а и b обычно определяются из экспериментальных данных, и эти величины постоянны для каждого газа. Для их определения записывают уравнения для двух известных из опыта состояний газа и решают эти уравнения относительно а и b. При больших объемах V можно пренебречь обеими поправками и уравнение Ван-дер-Ваальса переходит в уравнение состояния идеального газа (см. Клапейрона уравнение(см. КЛАПЕЙРОНА УРАВНЕНИЕ)).

Несмотря на то, что уравнение Ван-дер-Ваальса является приближенным и количественно описывает свойства реальных газов лишь в области высоких температур и низких давлений, качественно оно позволяет описывать поведение газа и при высоких давлениях, конденсацию газа в жидкость. Уравнение Ван-дер-Ваальса также описывает критическое и метастабильное состояние системы жидкость-пар.

[по имени голл. физика Я. Д. Ван-дер-Ваальса (J. D. vanderWaals; 1837 - 1923)] - ур-ние состояния реального газа?