ו- הם גדלים שאפשר להעריך עבור כל חומר, ניתן למצוא אותם בקישור זה.
את השוני הגדול בין התנהגות גז ואן דר ואלס והתנהגות גז אידאלי אפשר לראות מהאיזותרמות (הגרפים של הלחץ כנגד הנפח בטמפרטורה קבועה) שניתן לשרטט ממשוואת המצב. בגז ואן דר ואלס קיימת טמפרטורה קריטית: עבור האיזותרמות יורדות מונוטונית, כמו במקרה של גז אידאלי.
עבור יש באיזותרמה נקודת פיתול בנקודה שבה הנפח הקריטי והלחץ הקריטי הם ,
הערה: נקודה זו תלויה במספר המולקולות רק דרך הביטוי עבור , ובצורה לינארית, לכן מה שחשוב זה לאו הנפח עצמו, אלא הנפח הסגולי או הצפיפות.
עבור יש אזור בו הגרף עולה. אזור זה הוא לא פיזיקלי: אפשר לראות זאת אם חושבים על בוכנה שיש בתוכה גז ועליה משקולות. אם מסירים משקולת, שיווי המשקל מופר - הכוח שהגז מפעיל על הבוכנה גדול מהכוח שהמשקולות מפעילות על הבוכנה - הבוכנה עולה והנפח שהגז תופס גדל. כאשר האיזותרמה יורדת, עם הגדלת הנפח הלחץ יורד עד שהוא משתווה לכוח שהמשקולות שנותרו מפעילות, ונוצר שיווי משקל חדש. אולם אם האיזותרמה עולה, הרי שעם הגדלת הנפח הלחץ היה אמור דווקא לעלות, ושיווי משקל לא היה מושג לעולם.
לכן אזור באיזותרמה שעולה מתאר מצב אסור של המערכת (למעשה יש עוד אזור שמסביבו שגם אם הוא אפשרי הוא לא יציב, כפי שיתואר לעיל), כלומר בטמפרטורות שנמוכות מהטמפרטורה הקריטית יש תחום שלם של צפיפויות בהן הגז לא יכול להיות, וכך יש שני תחומים מובהקים ומופרדים של צפיפויות: התחום בעל הצפיפות הנמוכה ( גדול) הוא למעשה מה שמכונה גז, בעוד התחום בו הצפיפות גבוהה ( נמוך) הוא מה שמכונה נוזל. המודל מראה שהם שני צדדים של אותה תופעה. כמו כן אפשר לראות שמעל לטמפרטורה הקריטית למעשה אין הבחנה בין גז לנוזל.
עבור יש אזור בו הגרף מתחת לאפס, בחלק ה'נוזלי' של הגז. אזור זה הוא לא פיזיקלי: הלחץ שהגז מפעיל לא יכול להיות שלילי.
כאשר בצורה הזו המשוואה לא תלויה במקדמים ו , וגם לא במספר החלקיקים , (מה ששוב מדגיש שההתנהגות תלויה בצפיפות, ולא בנפח), ומגלה את אותה התנהגות איכותית ללא תלות בערכי המקדמים הספציפיים כל חומר.
כאשר את עובדת היות החלקיקים לא נקודתיים, מתארים על ידי החלפת הנפח בנפח הפנוי האפקטיבי. מניחים שכל חלקיק תופס באופן אפקטיבי נפח b, ואז מחליפים את הנפח בביטוי לעיל ב .
את המשיכה בין חלקיקי הגז מתארים בעזרת קירוב השדה הממוצע, שמניח שהשדה גורם לפוטנציאל ממוצע שפרופורציוני לצפיפות החלקיקים . משום שמדובר בכוח משיכה הפוטנציאל הוא שלילי. כל חלקיק ששוהה בפוטנציאל כזה מוריד את האנרגיה הכללית, ולכן תלות האנרגיה במספר החלקיקים היא ריבועית (פעם בגלל תרומת כל חלקיק לפוטנציאל, ופעם כיוון שכל חלקיק ששוהה בפוטנציאל מוריד את האנרגיה). בסך הכול נוסף לביטוי כתוצאה מכך האיבר , כאשר הוא קבוע חיובי שמתאר את חוזק הכוח שמושך את החלקיקים.
לעתים כדאי להסתכל על כפונקציה של הנפח הסגולי (שהוא אחד חלקי הצפיפות), ואז
ניתן לראות זאת מתוך התבוננות בגרף של אנרגיה החופשית של הלמהולץ , כנגד הנפח. כדאי להסתכל דווקא על האנרגיה החופשית של הלמהולץ כי היא הפוטנציאל התרמודינמי שהמשתנים הטבעיים שלו הם הנפח והטמפרטורה, ושהמערכת שואפת למינימום שלו כאשר הנפח והטמפרטורה שלה קבועים. עבור טמפרטורה גבוהה מהטמפרטורה הקריטית, הלחץ (שהוא מינוס הנגזרת של האנרגיה החופשית) יורד מונוטונית עם הנפח, לכן היא פונקציה קמורה של בכל מקום (כלומר, בניגוד למה שהשם מרמז, אם נחבר כל שתי נקודות על הגרף שלה בקו ישר, הוא יהיה כולו מעל הגרף). אבל מתחת לטמפרטורה הקריטית, כאשר יש אזור בו הלחץ עולה עם הנפח, באותו אזור יש קטע קעור בגרף של , כלומר אפשר לחבר שתי נקודות בגרף בעזרת קטע שעובר מתחת לגרף של הפונקציה, ולכך יש משמעות פיזיקאלית חשובה:
זורם בעל חלקיקים שנמצא בכלי בעל נפח לא חייב להיות צפיפות אחידה, כלומר בנפח סגולי אחיד . הוא יכול להתחלק למשל לשני חלקים, בעלי ו- חלקיקים בנפחים סגוליים ו, שאחד גדול מ והשני קטן ממנו. במצב זה, האנרגיה החופשית הכוללת תהיה הערך שיתקבל בנפח אם נחליף את הגרף של בקו ישר שמחבר את הערכים שלו בצפיפויות השונות, כלומר את הנקודות בנפחים ו- והערכים המתאימים להם של . כאשר ערך זה נמוך מהערך המקורי של האנרגיה החופשית של הלמהולץ, כדאי מבחינה אנרגטית לחומר להתפצל לשתי הפאזות האלה, במקום להיות בצפיפות אחידה. המשמעות הגאומטרית היא שצריך להחליף את הגרף של בקמוֹר שלו.
במקרה של גז ואן דר ואלס המשמעות היא שיש קטע אחד (הקטע האדום, בין ל- באיור) שבו מוחלפת הפונקציה המקורית של האנרגיה החופשית בפונקציה לינארית. מבחינת הלחץ, המשמעות היא החלפת הפונקציה של הלחץ, בקטע ישר ומאוזן (הקטע בתכלת) שהשטח הכלוא בינו לבין הגרף המקורי כשהוא מתחתיו, שווה לשטח שכלוא בינו לבין הגרף המקורי כשהוא מעליו. מבחינה פיזיקלית בתחום נפחים זה הלחץ נשאר קבוע במשך כל תהליך הגדלת הנפח (או הקטנתו), כאשר במקום שהלחץ ישתנה עם שינוי הנפח, משתנה היחס בין כמות הזורם שנמצא במצב בנוזלי לכמות שנמצאת במצב הגאזי.
הקטע כולל לא רק את הקטע ה"לא פיזיקאלי" בין ל , שבו קעורה והלחץ עולה עם הנפח, אלא גם שני קטעים משני הצדדים של הקטע ה"לא פיזיקאלי". בשני קטעים אלה הזורם יכול, אם הדבר נעשה בזהירות ותוך שמירה על אחידות התנאים בכל מקום, בכל זאת לא להתפצל, ולהישאר כולו במצב אחיד. תופעה זו נקראת "חימום יתר" ("superheating") או "קירור יתר" ("supercooling"). מצב זה הוא מטא-יציב, וכשהזורם נמצא בו, מספיק עירור קל בשביל לגרום לקפיצה למצב המפוצל, העדיף אנרגטית.
לא ניתן לקבל ביטוי אנליטי לאנרגיה החופשית של גיבס, מכיוון שלא ניתן לקבל ביטוי אנליטי ל, אולם ניתן לצייר גרפים כנגד הלחץ והטמפרטורה.
כאשר הטמפרטורה נמוכה מהטמפרטורה הקריטית, יש ערכים של הלחץ שיש להם כמה נפחים אפשריים, כלומר אינו ביטוי חד ערכית, ולכן גם אינו ביטוי חד ערכי, ויש אזורים שבהם ייתכנו שלושה ערכים של האנרגיה חופשית עבור אותו לחץ. הערך הנמוך ביותר הוא כמובן העדיף אנרגטית. מעליו, בתחום הלחצים בין ל- , יש גם שתי זרועות שמתאימות לערכים המטא-סטביליים, (בהם קיים "קירור יתר" או "חימום יתר"), ומעליהן ענף שמתאים לאזור ה"לא פיזיקלי" באיזותרמות. אם עוקבים אחרי תהליך בו מגדילים את הלחץ של גז, מבחינת הגרף המשמעות היא התקדמות ימינה על בזרוע הגאזית של הגרף. בתחילה הלחץ גדל עד שהוא מגיע ל- , הוא הלחץ בו מתרחש מעבר הפאזה. לרוב אכן החומר יעבור בתהליך ממושך למצב צבירה נוזלי, ובסוף התהליך "יעבור זרוע" בגרף לזרוע הנוזלית. כאמור ייתכן בתנאים מיוחדים שהוא ימשיך להיות גז במצב של "קירור יתר", והלחץ ימשיך לעלות, אולם הוא לא יכול לעבור בשום מקרה את בלי שתחול התעבות פתאומית, ומעבר למצב נוזלי. מבחינת הגרף, המשמעות היא קפיצה מהזרוע של גז בקירור יתר, לזרוע של נוזל.
כאשר ו- הם הנפח הסגוליים של גז ונוזל בטמפרטורת הרתיחה. מכיוון שהנפח הסגולי של הגז גדול יותר, ביטוי זה חיובי, כלומר יש לספק חום על מנת להביא לרתיחה, ולעומת זאת חום זה משתחרר מהחומר לסביבה בעת עיבוי. חום זה קרוי חום כמוס. קיום החום הכמוס, ואי הרציפות בגרף של , מסווגים את מעבר הפאזה הזה כמעבר פאזה מסדר ראשון.
אוחזר מתוך "https://he.wikipedia.org/w/index.php?title=גז_ואן_דר_ואלס&oldid=20290789"	קטגוריה: גזים	תפריט ניווט
EnglishالعربيةБеларускаяCatalàČeštinaDeutschEsperantoEspañolفارسیSuomiFrançaisहिन्दीHrvatskiMagyarItaliano日本語한국어NederlandsPolskiPortuguêsРусскийSrpskohrvatski / српскохрватскиSlovenčinaSlovenščinaСрпски / srpskiSvenskaதமிழ்УкраїнськаOʻzbekcha/ўзбекчаVènetoTiếng Việt中文粵語	עריכת הקישורים	דף זה נערך לאחרונה ב־2 במרץ 2017, בשעה 12:33.