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1[일반기계기사 필기] 19년 2회차

Van der Waals 상태 방정식은 다음과 같이 나타낸다. 이 식에서  $\dfrac{a}{v^{2}}$ , b는 각각 무엇을 의미하는 것인가? (단, P는 압력, v는 비체적, R는 기체상수, T는 온도를 나타낸다.)
 $\left(P+\dfrac{a}{v^{2}}\right)\times(v-b)=RT$

분자간의 작용 인력, 분자 내부 에너지

분가잔의 작용 인력, 기체 분자들이 차지하는 체적

분자 자체의 질량, 분자 내부 에너지

분자 자체의 질량, 기체 분자들이 차지하는 체적

해설

a 항은 분자 사이에 작용하는 인력을, b는 기체 분자들이 차지하는 체적을 보정하는 항이다.

이상기체 상태식 Pv = RT 는 분자를 크기 없는 점으로 보고 분자 사이에 힘도 없다고 가정한다. 반데르발스 식 (P + a/v²)(v − b) = RT는 이 두 가정을 각각 손질한 것이다.

실제 기체는 분자끼리 서로 끌어당겨 벽을 때리는 힘이 약해지므로 측정 압력이 이상기체보다 낮게 나온다. 이를 되살리려고 압력에 a/v²을 더한다.

또 분자 자체가 부피를 차지해 분자가 실제로 돌아다닐 수 있는 공간은 v보다 좁으므로 체적에서 b를 뺀다. 따라서 a를 분자 자체의 질량으로, b를 분자 내부 에너지로 보는 설명은 이 보정의 의미와 맞지 않는다.

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