范德华流体的热力学性质

流体的范德华理论是首个且最简单的理论，它考虑了系统中粒子间的相互作用，从而得出相变与温度的关系。结合 Maxwell 构造，该平均场理论预测了气液相平衡共存的条件以及它们之间的一级相变。然而，范德华流体的重要性质尚未得到系统研究。在此我们报告对这些性质的全面研究。解决了关于 Boyle 温度的物理诠释以及范德华分子相互作用对范德华气体压力影响的模糊之处。热力学变量和性质以对比单位表述，使得所有性质均可表示为适用于所有范德华流体的对应状态定律。阐释并显著扩展了 Lekner 对压力-温度平面上范德华气液共存曲线及相关热力学性质的参数化解 [Am. J. Phys. 50, 161 (1982)]。考察了加热和冷却过程中一级相变温度的滞后现象，并确定了最大过热度和过冷度。研究了蒸发潜热和跨越共存曲线时的熵变。通过数值计算，系统研究了在临界压力之上、之处和之下的一系列压力下，等温压缩率、热膨胀系数和定压热容的温度依赖性，包括它们的临界行为以及跨越共存曲线时的不连续性。详细研究了范德华气体的 Joule-Thomson 膨胀，并确定了范德华气体通过节流阀时液化的压力和温度条件。