වැන් ඩර් වෝල්ස් යනු ලන්දේසි භෞතික විද්යාඥයෙකු වන ජේ.ඩී. වැන් ඩර් වෝල්ස් (1837–1923) ගේ නමකි. වැන් ඩර් වෝල්ස් තත්වය පිළිබඳ සමීකරණය ඇත්ත වශයෙන්ම තත්වය පිළිබඳ වායු සමීකරණයකි, එය තත්වය පිළිබඳ පරිපූර්ණ වායු සමීකරණයට සමානය . වෙනස වන්නේ සැබෑ වායුවේ පීඩනය සහ ඝනත්වය ප්රමාණවත් තරම් විශාල නම් පරිපූර්ණ වායු සමීකරණයට නිවැරදි ප්රතිඵල ලබා දිය නොහැකි වීමයි. කෙසේ වෙතත්, වැන් ඩර් වෝල්ස් තත්වය පිළිබඳ සමීකරණයට වඩාත් නිවැරදි ප්රතිඵල ලබා දිය හැකිය.
මෙම සමීකරණය ආරම්භ වූයේ වැන් ඩර් වාල්ස් විසිනි, ඔහු තත්වයේ පරිපූර්ණ වායු සමීකරණයේ සීමාවන් හඳුනා ගත්තේය. සැබෑ වායුවේ පීඩනය සහ ඝනත්වය ප්රමාණවත් තරම් ඉහළ මට්ටමක පවතින විට සැබෑ වායුවක තත්වයට බලපාන සාධක කිහිපයක් එකතු කිරීමෙන් වාල්ස් තත්වයේ පරිපූර්ණ වායු සමීකරණය වෙනස් කළේය.
වායු පීඩනය වැඩි වන විට, වායුවේ උෂ්ණත්වය සහ ඝනත්වය ද වැඩි වන අතර, වායුවේ පරිමාව අඩු වේ.
වායු පීඩනය පරිමාවට ප්රතිලෝමව සමානුපාතික වේ. වායු පීඩනය වැඩි වුවහොත් පරිමාව අඩු වේ. ප්රතිවිරුද්ධව, වායු පරිමාව අඩු වුවහොත් වායු පීඩනය වැඩි වේ. වායු පරිමාව අඩු වන විට, වායු ඝනත්වය වැඩි වේ (ඝනත්වය = ඝනත්වය = ස්කන්ධය / පරිමාව). පීඩනය ඝනත්වයට සෘජුව සමානුපාතික බව පැවසිය හැකිය. වායු පීඩනය වැඩි නම්, වායු ඝනත්වය ද ඉහළ ය. ප්රතිවිරුද්ධව, වායු පීඩනය අඩු නම්, වායු ඝනත්වය ද අඩු ය. වායු පීඩනය ද උෂ්ණත්වයට සෘජුව සමානුපාතික වේ. වායු පීඩනය වැඩි වුවහොත්, වායු උෂ්ණත්වය සහ ඝනත්වය වැඩි වන අතර වායු පරිමාව අඩු වන බව අපට නිගමනය කළ හැකිය.
වායුවක පරිමාව අඩු වූ විට, අණු අතර දුර සමීප වේ. අණු අතර දුර සමීප වන විට, අණු එකිනෙක ආකර්ෂණය වේ. එය යකඩ කැබැල්ලක් චුම්බකයකට සමීප කරන විට සමාන වේ. චුම්බකය සහ යකඩ අතර දුර ප්රමාණවත් තරම් දුර නම්, චුම්බකයට යකඩ ආකර්ෂණය කර ගත නොහැක. නමුත් චුම්බකය සහ යකඩ අතර දුර සමීප නම්, යකඩ වහාම සමීපයට ඇදී යයි. අණු ගැටීමට ආසන්න වන විට, අණු වලින් පිටත ඇති ඉලෙක්ට්රෝන එකිනෙක විකර්ෂණය කරයි (විද්යුත් විකර්ෂණය). එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස, අණු එකට ඇලී සිටිය නොහැක. මෙම කෙටි පැහැදිලි කිරීමෙන්, අණු අතර ඇති ආකර්ශනීය බලය වායුවේ තත්වයට ද බලපාන බව පැවසිය හැකිය.
වායු පීඩනය ප්රමාණවත් තරම් විශාල වූ විට සහ වායු පරිමාව කුඩා වූ විට, අණු අතර දුර සමීප වේ. මෙම අවස්ථාවේ දී, අණු වායුවේ මුළු පරිමාවම පාහේ පුරවයි. මන්ද අණු වලට ප්රමාණයද ඇත (පරමාණුක විෂ්කම්භය = 10—10 m) එවිට අපි මෙම අණු වල පරිමාව ද සැලකිල්ලට ගත යුතුය.
තත්ව සමීකරණය
අණු පරිමාව සහ අණු අතර සිදුවන අන්තර්ක්රියා සැලකිල්ලට ගනිමින්, වැන් ඩර් වෝල්ස් විසින් තත්ව සමීකරණයක් ව්යුත්පන්න කරන ලදී. වැන් ඩර් වෝල්ස් විසින් ව්යුත්පන්න කරන ලද සමීකරණය, PV = nRT තත්වයේ පරිපූර්ණ වායු සමීකරණයේ වෙනස් කිරීමකි.
තොරතුරු :
P = වායු පීඩනය (N/m2 = පා)
V = වායු පරිමාව (m3)
R = විශ්ව වායු නියතය (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)
T = උෂ්ණත්වය (K)
a = ආනුභවික නියතය (එහි අගය වායු අණු අතර ආකර්ශනීය බලය මත රඳා පවතී)
b = ආනුභවික නියතය (වායු අණු මවුලයක පරිමාව නියෝජනය කරයි)
n = මවුල ගණන (මෝල්)
bn = වායු අණු වල මුළු පරිමාව
a සහ b නියතයන් පර්යේෂණාත්මකව ලබා ගනී. a සහ b නියතයන්ගේ අගයන් වායු වර්ගය මත රඳා පවතී.
n2 / වී2 = මවුල ගණනේ (n) වර්ගය සහ වායු පරිමාවේ (V) වර්ගය අතර අනුපාතය. n හි අගය2 / වී2 වායුවේ පීඩනය හා ඝනත්වය මත රඳා පවතී. වායු පීඩනය (P) විශාල නම්, වායු පරිමාව (V) කුඩා වේ. V කුඩා වන විට, විශාල n2 /V2 වායු පරිමාව කුඩා වන විට (n2 / වී2 විශාල) එවිට අණු අතර දුර සමීප වේ. අණු අතර දුර සමීප වන තරමට, අණු අතර අන්තර්ක්රියා කිරීමේ හැකියාව (ගැටීම, එකිනෙක ආකර්ෂණය වීම) වැඩි වේ. එබැවින් n2 / වී2 a නියතයට සෘජුවම සමානුපාතික වේ (වම් පැත්තේ වැන් ඩර් වෝල්ස් සමීකරණය සමඟ සසඳන්න). n හි අගය විශාල වන තරමට2 / වී2, අණු අතර ආකර්ශනීය බලය වැඩි වන තරමට (a). අනෙක් අතට, වායු පීඩනය (P) කුඩා නම්, වායු පරිමාව (V) විශාල වනු ඇත. V විශාල වන තරමට, n කුඩා වේ.2 / වී2 . කුඩා n2 / වී2 , අණු අතර ආකර්ශනීය බලය ද කුඩා වේ.
(V – bn) = වායු පරිමාව සහ වායු අණුවල මුළු පරිමාව අතර වෙනස. b නියතය වායු අණු මවුලක පරිමාව ප්රකාශ කරයි. n = මවුල ගණන. b සහ n (bn) හි ගුණිතය = වායු අණුවල මුළු පරිමාවයි. වායු පීඩනය (P) වැඩි නම්, වායු පරිමාව (V) කුඩා වේ.
V කුඩා වන තරමට කුඩා වේ (V – bn). මෙයින් අදහස් කරන්නේ අණු අතර දුර සමීප වන අතර ඇත්ත වශයෙන්ම අණු අතර ආකර්ශනීය බලය වැඩි වේ. අනෙක් අතට, වායු පීඩනය අඩු නම්, වායු පරිමාව විශාල වේ. වායු පරිමාව විශාල වන තරමට විශාල වේ (V – bn). විශාල වන තරමට (V – bn), වායු අණු අතර ආකර්ශනීය බලය කුඩා වේ.
අපට කිව හැක්කේ වැන් ඩර් වෝල්ස් තත්ව සමීකරණය මගින් සැබෑ වායුවක තත්වය පරිපූර්ණ වායු සමීකරණයට වඩා නිවැරදිව විස්තර කරන බවයි. වායු පීඩනය සහ ඝනත්වය ප්රමාණවත් තරම් විශාල වූ විට, වැන් ඩර් වෝල්ස් සමීකරණය වඩාත් නිවැරදි ප්රතිඵල ලබා දෙයි. වායු පීඩනය ඉතා විශාල නොවේ නම්, (an2 / වී2) සහ (V-bn) නොසලකා හැරිය හැක, එබැවින් වැන් ඩර් වෝල්ස් තත්ව සමීකරණය තත්ව පරමාදර්ශී වායු සමීකරණයට වෙනස් වේ.
