Уравнение состояния газа Ван-дер-Ваальса

Уравнение состояния
Статья является частью серии «Термодинамика».
Уравнение состояния идеального газа
Уравнение Ван-дер-Ваальса
Уравнение Дитеричи
Разделы термодинамики
Начала термодинамики
Уравнение состояния
Термодинамические величины
Термодинамические потенциалы
Термодинамические циклы
Фазовые переходы
править

Уравнение состояния газа Ван-дер-Ваальса — уравнение, связывающее основные термодинамические величины в модели газа Ван-дер-Ваальса.

Хотя модель идеального газа хорошо описывает поведение реальных газов при низких давлениях и высоких температурах, в других условиях её 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.

Для более точного описания поведения реальных газов при низких температурах была создана модель газа Ван-дер-Ваальса, вводящая поправку на конечный диаметр молекулы и на притяжение молекул на больших расстояниях, тогда как в идеальных газах частицы считаются точечными и никак не взаимодействуют на расстоянии.

Термическое уравнение состояния

Термическим уравнением состояния (или, часто, просто уравнением состояния) называется связь между давлением, объёмом и температурой.

Для одного моля газа Ван-дер-Ваальса оно имеет вид:

$\left(P+\frac{a}{V^2}\right)(V-b)=RT,$

где

• P — давление,
• V — объём,
• T — абсолютная температура,
• R — универсальная газовая постоянная.

Видно, что это уравнение фактически является уравнением состояния идеального газа с двумя поправками. Поправка a учитывает притяжение молекул, поправка b — объём занимаемый молекулами.

Для ν молей газа Ван-дер-Ваальса уравнение состояния выглядит так:

$\left(P+\frac{a\nu^2}{V^2}\right)\left(\frac{V}{\nu}-b\right)=RT.$

Внутренняя энергия (калорическое уравнение состояния)

Внутренняя энергия одного моля газа Ван-дер-Ваальса может быть вычислена так:

$U=C_V T-\frac{a}{V},$

где C_V — молярная теплоёмкость при постоянном объёме, которая предполагается не зависит от температуры.

Таким образом, внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса есть функция и температуры, и объёма, в следствие чего с ростом последнего (а значит, и расстояния между молекулами), при T = const, внутренняя энергия газа растет.

См. также

• Уравнение состояния идеального газа
• Уравнение Дитеричи

Литература

1. Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Наука, 1975. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — 519 с.
2. P.W. Atkins: Physical chemistry