Ван дер Ваальс — это имя голландского физика Й. Д. ван дер Ваальса (1837–1923). Уравнение состояния Ван дер Ваальса — это уравнение состояния газа, аналогичное уравнению состояния идеального газа. Разница заключается в том, что уравнение состояния идеального газа не может дать точных результатов, если давление и плотность реального газа достаточно велики. В то время как уравнение состояния Ван дер Ваальса может дать более точные результаты.
Это уравнение возникло благодаря Ван дер Ваальсу, который осознал ограничения уравнения идеального состояния. Ваальс модифицировал уравнение состояния идеального газа, добавив несколько факторов, которые также влияют на состояние реального газа при больших значениях давления и плотности.
Давление газа обратно пропорционально объему. Если давление газа увеличивается, объем газа уменьшается. И наоборот, если объем газа уменьшается, давление газа увеличивается. Когда объем газа уменьшается, плотность газа увеличивается (плотность = масса / объем). Можно сказать, что давление прямо пропорционально плотности. Если давление газа велико, плотность газа также велика. И наоборот, если давление газа мало, плотность газа также мала. Давление газа также прямо пропорционально температуре. Если давление газа увеличивается, температура газа увеличивается. Можно заключить, что если давление газа увеличивается, температура и плотность газа увеличиваются, а объем газа уменьшается.
При уменьшении объема газа расстояние между молекулами сокращается. При уменьшении расстояния между молекулами они притягиваются друг к другу. Это похоже на ситуацию, когда кусок железа подносят к магниту. Если расстояние между магнитом и железом достаточно велико, магнит не сможет притянуть железо. Но если расстояние между магнитом и железом мало, железо притягивается. Когда молекулы вот-вот столкнутся, электроны на внешней поверхности молекул отталкиваются друг от друга (электрическое отталкивание). В результате молекулы не могут слипаться. Из этого краткого описания можно сказать, что сила притяжения между молекулами влияет на состояние газа.
Когда давление газа достаточно велико, а объем газа мал, расстояние между молекулами сокращается. Потому что молекулы также имеют размер (диаметр атома = 10).-10 м), тогда нам также необходимо учитывать объем этих молекул.
Уравнение состояния Ван дер Ваальса упрощается с учетом молекулярного объема и взаимодействий между молекулами. Уравнение, выведенное Ван дер Ваальсом, является результатом модификации уравнения состояния идеального газа PV = n R T. Уравнение состояния Ван дер Ваальса:
P = давление газа (Н/м²)2 = Па)
V = объем газа (м³)3)
R = универсальная газовая постоянная (R = 8.315 Дж/моль·К = 8315 кДж/кмоль·К)
T = температура (К)
а = эмпирическая константа (ее значение зависит от силы притяжения между молекулами газа)
b = эмпирическая константа (представляющая объем одного моля молекул газа)
n = Количество молей (моль)
bn = общий объем молекул газа
Константы a и b получены экспериментальным путем. Значения констант a и b зависят от типа газа.
n2 / В2 = квадратичное отношение числа молей (n) к квадрату объема газа (V). Значение n2 / В2 Зависит от давления и плотности газа. Если давление газа (P) велико, то объем газа (V) мал. Чем меньше V, тем больше n.2 / В2Когда объем газа мал (n).2 / В2 Чем больше расстояние между молекулами, тем меньше между ними взаимодействие (столкновение, притяжение). Следовательно, n2 / В2 прямо пропорциональна константе (сравните с уравнением Ван дер Ваальса). Чем больше значение n, тем2 / В2чем сильнее притяжение между молекулами (а).
И наоборот, если давление газа (P) мало, то объем газа (V) становится большим. Чем больше V, тем меньше n.2 / В2Чем ниже n, тем ниже значение.2 / В2Чем ниже сила притяжения между молекулами, тем меньше сила притяжения между ними.
(V – bn) = Разница между объемом газа и общим объемом молекул газа. Константа b представляет объем одного моля молекул газа. n = количество молей. Произведение времени между b и n (bn) = общий объем молекул газа. Если давление газа (P) становится больше, то объем газа (V) уменьшается.
Чем меньше V, тем меньше (V – bn). Это означает, что расстояние между молекулами увеличивается, и, конечно же, притяжение между молекулами возрастает. И наоборот, если давление газа уменьшается, объем газа увеличивается. Чем больше объем газа, тем выше (V – bn). Чем больше (V – bn), тем меньше притяжение между молекулами газа.
Можно сказать, что уравнение состояния Ван дер Ваальса описывает состояние реального газа точнее, чем уравнение идеального газа. Когда давление и плотность газа достаточно велики, уравнение Ван дер Ваальса дает более точные результаты. Если давление газа не слишком велико, то (an)2 / В2) и (V-bn) можно игнорировать, так что уравнение состояния Ван дер Ваальса преобразуется в уравнение состояния идеального газа.
