Calcolatore della pressione di van der Waals

Questo calcolatore della pressione di van der Waals determina la pressione di un gas reale per una sostanza pura, a partire dalla classica equazione di stato a due parametri. Fornisce la quantità di gas in moli, il volume del contenitore, la temperatura assoluta e le costanti a e b specifiche della sostanza; una costante dei gas R facoltativa ha come valore predefinito il comune valore in litri-atmosfera, così le tabelle dei manuali funzionano senza conversione. La formula deterministica è pressione uguale a n R T diviso il volume libero V meno n b, meno la correzione di attrazione a n al quadrato diviso V al quadrato. Quando il volume è uguale a n moltiplicato per b, il termine di volume libero è zero e la richiesta viene respinta anziché restituire infinito. Il motore utilizza solo aritmetica finita, senza chiamate di rete, campionamento o scorciatoie legate alla data.

Cosa significa la pressione di van der Waals e cosa contiene la risposta

La legge dei gas ideali tratta le molecole come particelle puntiformi prive di attrazione reciproca, quindi la pressione è semplicemente n R T diviso V. I gas reali si discostano da questo comportamento quando sono compressi o raffreddati abbastanza da rendere rilevanti le dimensioni molecolari e le forze intermolecolari. Johannes van der Waals introdusse due costanti positive: a scala la riduzione di pressione dovuta alle forze attrattive, e b scala il volume escluso dalle dimensioni finite delle molecole.

Riorganizzata per la pressione, l'equazione diventa P uguale a n R T diviso V meno n b, meno a n al quadrato diviso V al quadrato. Questo denominatore di volume libero è il motivo per cui il modello non può essere valutato quando il volume del contenitore è uguale a n moltiplicato per b: si è raggiunto il limite repulsivo del nucleo rigido e l'espressione algebrica diverge.

Zero moli è un input ammesso e produce una pressione pari a zero quando a è finito, perché entrambi i termini dipendono da n o da n al quadrato. Non è previsto alcun risolutore iterativo per il volume, né regole di miscelazione per miscele multicomponente, né conversione automatica di unità tra bar, pascal e atmosfera.

Tra i casi respinti figurano campi obbligatori mancanti, valori non finiti, grandezze superiori al limite documentato, moli o costanti negative, volume, temperatura o R non positivi, e qualsiasi stato in cui il volume sia uguale a n b entro un piccolo epsilon, così una cella errata della scheda di esercizi non diventa una pressione infinita silenziosa.

Dove si colloca la pressione di un gas reale tra studio, lavoro di laboratorio e software

Gli studenti incontrano l'equazione di van der Waals quando un manuale passa dai problemi sui gas ideali alla comprimibilità e ai fenomeni critici, quando un esercizio chiede la pressione di una mole di anidride carbonica in un volume fisso in litri a una data temperatura in kelvin, o quando un problema da gara fornisce a e b e richiede una P numerica invece di uno schizzo qualitativo.

Gli insegnanti possono generare in anticipo le soluzioni per valori modesti di moli e volume senza affidarsi ad app opache che cambiano silenziosamente le unità della costante dei gas o omettono il termine di attrazione. Gli istruttori di laboratorio usano la stessa forma chiusa quando un protocollo confronta la pressione misurata in una bombola con una previsione di gas reale a due parametri, dopo che gli studenti hanno cercato i valori di a e b per il loro gas.

Gli sviluppatori richiamano lo stesso contratto dagli script per generare vettori di test deterministici per tutor di termodinamica, per normalizzare le variabili di stato inserite dall'utente prima dell'esportazione di un quaderno, o per soddisfare le consegne di programmazione che richiedono la pressione di van der Waals invece di una scorciatoia per gas ideali.