水分子之间的范氏引力(中国大陆的中学教科书称为“范德瓦尔斯力”或“范德华力”)
一个双原子分子的排斥体积(黑色的部分)下面以理想气体状态方程为基础,推导范氏方程。若把气体视为由体积无限小、相互之间无作用力的分子组成,这种模型便是理想气体模型,与其相对应的状态方程是:
若抛弃前一个的假设,把组成气体的分子视为有一定大小的刚性球(其半径称为范德瓦尔斯半径),用b 表示这些“球”的体积,上面的方程便改写为:
在这里,每个分子的“占有体积”v 被所谓“排斥体积”v - b 代替,反映了分子在空间中不能重叠。若气体被压缩至体积接近分子体积之和(即分子间空隙v - b 趋向于0),那么其压强将趋于无穷大。
下一步,我们考虑原子对之间的引力。引力的存在会使分子的平均亥姆霍兹自由能下降,减少量正比于流体的密度。但压强的大小满足热力学关系
式中A* 为每个分子的亥姆霍兹自由能。由此得到,引力使压强减小的量正比于1/v²。记该比例常数为a,可得
这便是范氏方程。2100433B