气体与分子运动论

范德华方程

理想气体状态方程假装分子是没有大小的点,彼此从不吸引。范德华方程是给这一虚构打的著名的第一块补丁:它在 PV = nRT 上添了两处小小的修正,让方程更忠实地描述真实气体,尤其是在它们被压缩或冷却的时候。

它做了两处物理修正。其一,由于分子确实占据空间,它们能漫游的空间比容器体积略小,于是从体积里减去一项。其二,由于分子彼此轻轻吸引,作用在器壁上的压强比简单理论预言的稍低,于是给压强加回一项。每种气体都有自己的一对常数 a 与 b,分别量度吸引的强度和分子的大小。

这个方程之所以重要,是因为它是从理想气体的理想化通往真实气体现实的最清晰的一座桥。它并不完美精确,却抓住了本质的物理——其中惊人的一点是,它给出了临界点的存在,以及气体能凝结成液体的方式,而这些都是理想气体状态方程永远无法描述的。

在室温下用力压缩二氧化碳,范德华方程能正确预言它可以变成液体——而内部不含任何吸引力的理想气体状态方程,对这种相变完全视而不见。

内建的吸引力,让这个方程能预言气体凝结为液体。

范德华方程是一次早期而巧妙的改进,并非定论。更精确的状态方程是存在的;范德华方程之所以备受推崇,主要在于它那两个修正项有着如此清晰、直观的物理意义。

又称
van der Waals equation of state范德瓦尔斯方程凡得瓦方程