氣體與分子運動論
凡得瓦方程
理想氣體狀態方程假裝分子是沒有大小的點,彼此從不吸引。凡得瓦方程是給這一虛構打的著名的第一塊補丁:它在 PV = nRT 上添了兩處小小的修正,讓方程更忠實地描述真實氣體,尤其是在它們被壓縮或冷卻的時候。
它做了兩處物理修正。其一,由於分子確實佔據空間,它們能漫遊的空間比容器體積略小,於是從體積裡減去一項。其二,由於分子彼此輕輕吸引,作用在器壁上的壓強比簡單理論預言的稍低,於是給壓強加回一項。每種氣體都有自己的一對常數 a 與 b,分別量度吸引的強度和分子的大小。
這個方程之所以重要,是因為它是從理想氣體的理想化通往真實氣體現實的最清晰的一座橋。它並不完美精確,卻抓住了本質的物理——其中驚人的一點是,它給出了臨界點的存在,以及氣體能凝結成液體的方式,而這些都是理想氣體狀態方程永遠無法描述的。
在室溫下用力壓縮二氧化碳,凡得瓦方程能正確預言它可以變成液體——而內部不含任何吸引力的理想氣體狀態方程,對這種相變完全視而不見。
內建的吸引力,讓這個方程能預言氣體凝結為液體。
凡得瓦方程是一次早期而巧妙的改進,並非定論。更精確的狀態方程是存在的;凡得瓦方程之所以備受推崇,主要在於它那兩個修正項有著如此清晰、直觀的物理意義。
又稱
另見