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維裏方程

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維裏一詞來源於拉丁文virial,即力。維裏方程是海克·卡末林·昂內斯(Heike Kamerlingh Onnes)於1901年提出的以冪級數形式表達的實際氣體狀態方程,它是對理想氣體狀態方程式進行了修正的純經驗方程。
中文名
維裏方程
外文名
virial equation
別    名
維裏展開(virial expansion)
表達式
pVm = RT(1 + B/Vm + C/Vm^2 + D/Vm^3 + )
提出者
海克·卡末林·昂內斯
提出時間
1901年
適用領域
實際氣體
應用學科
物理化學

維裏方程定律定義

維裏方程 [1]  的一般表達式:
維裏方程也可以用壓力p的冪級數來表示
其中Vm是氣體分子的摩爾體積,計算式:Vm=V/n;B2、B3分別稱為第二、第三維理係數,它們與氣體的種類有關,而且是温度的函數,在某一温度下,維理係數為0,實際氣體行為就和理想氣體近似。而且從以上兩式可以看出摩爾體積越大,氣壓越低,則氣體的行為越趨近於理想氣體。當壓力p→0,體積Vm→∞時,維裏方程還原為理想氣體狀態方程 [2] 

維裏方程推導過程

理想氣體狀態方程的表達式:
引入壓縮因子Z,其大小反映出真實氣體對理想氣體的偏差程度,計算定義是Z等於Vm(真實)除以Vm(理想),Z是一個趨近於1的數字,在後面加入級數來進行修正即得到維裏方程。

維裏方程適用範圍

維裏方程有堅實的理論基礎。用統計力學方法能導出維裏係數,並賦予維裏係數明確的物理意義:第二維裏係數表示氣體兩個分子相互作用的效應,第三維裏係數表示三個分子的相互作用等。原則上可以從理論上導出各個維裏係數的計算式,但實際上高級維裏係數的運算是十分困難的,除了簡單的鋼球模型外,還只能算到第三維裏係數,通常維裏係數由實驗測定。

維裏方程應用領域

對於液相和汽相,維理狀態方程描述一個 P-V等温過程更靈活,因為方程有較高次冪的體積、它們比三次狀態方程更精確,普遍化主要是針對烴化合物。因此,對於這些化合物能夠獲得較好的結果,不推薦將它們用於極性化合物

維裏方程定律影響

維裏方程在高密度區的精度不高,但由於具有理論基礎,適應性廣,很有發展前途。B-W-R方程、M-H方程都是在它的基礎上改進得到的。
參考資料
  • 1.    蔣漢文,邱信立.熱力學原理及應用.上海:同濟大學出版社,1990:151-153
  • 2.    白同春.物理化學:南京大學出版社,2010:9-10