7.11. Реальные газы

При описании свойств газов мы считали их идеальными, когда средние расстояния между молекулами газа достаточно велики, т.е. моделью идеального газа являются невзаимодействующие друг с другом шарики, которые движутся хаотически и объемом которых можно пренебречь.

C увеличением давления и понижением температуры средние расстояния между молекулами уменьшаются и средняя кинетическая энергия молекул становится сравнимой с потенциальной энергией взаимодействия. Поведение реального газа все больше отличается от поведения идеального газа. Так, радиус молекул большинства газов порядка 10^-10 м (1Ǻ), следовательно, объем молекул порядка 4?10^-30 м³. В 1 м³ газа при нормальных условиях содержится 2,7?10^-25 молекул. Таким образом, собственный объем молекул в 1 м³ при нормальных условиях будет порядка 1,2 ?10^-4 м³, т.е. около 0,0001 от объема, занятого газом.

При увеличении давления до 5000 атм объем газа по закону Бойля - Мариотта уменьшится в 5000 раз, т.е. то же число молекул должно двигаться в объеме 2?10^-4 м³. Следовательно, собственный объем молекул занимает 0,5 объема сосуда. Ясно, что в таких условиях пренебрегать размерами молекул нельзя. Кроме того, нельзя при этом не учитывать силы взаимодействия между молекулами, так как они теперь находятся друг от друга на сравнительно близких расстояниях. Очевидно, следует перейти от схемы идеального газа к реальным газам.

Для получения уравнения, более точно описывающего поведение реальных газов, необходимо основываться на более близкой к реальному газу модели.

Из большого числа уравнений, предложенных для описания поведения реальных газов, самым простым и вместе с тем дающим достаточно хорошие результаты оказалось уравнение голландского физика Ван-дер-Ваальса (1873 г.).