氣體分子本身占有容積，分子與分子間有相互作用力存在的實際氣體稱為真實氣體。真實氣體不服從理想氣體定律。天然氣是真實氣體。
真實氣體也稱實際氣體。嚴格講，熱機所用的各種氣態工質都是實際氣體，不完全符合PV=RT（P、V、T和R分別代表氣體的壓力、比體積、溫度和氣體常數）的關係，只是有些氣體在一定條件下可按理想氣體作近似處理，以簡化問題，但對一些性質偏離理想氣體較遠的氣體，如水蒸氣，仍必須按實際氣體對待。
基本介紹
- 中文名：真實氣體
- 外文名：real gas
- 實例：天然氣、氧氣、氫氣等
- 特點：氣體占容積，分子間有相互作用力
- 定律：真實氣體不服從理想氣體定律
- 別稱：實際氣體
簡介,真實氣體行為描述,范德瓦耳斯狀態方程,維里狀態方程,對比性質和對應態原理,通用壓縮因子圖,
簡介
實際存在的一切氣體。這名稱是為了與理想氣體相區別而引入的。實際氣體的分子占有一定的體積，分子間存在著作用力。作用力隨著分子間距離的減小而增大，因此實際氣體在降低溫度或壓縮體積(在臨界溫度以下)的情況下可以液化。在接近液化的溫度下，實際氣體的性質與理想氣體偏離較大；溫度越高、壓力越低時，偏離越小。當壓力趨近於零時，任何實際氣體都可看作為理想氣體。
真實氣體是客觀存在的氣體。在熱力學中則把不能當成理想氣體的氣體稱為真實氣體，或實際氣體。高壓、低溫條件下的氣體系統都要當作真實氣體來處理。從微觀上看真實氣體必須考慮到分子的大小及分子間的相互作用，從巨觀上看它不再服從理想氣體物態方程，需用真實氣體的物態方程(如范德瓦耳斯方程)來處理。真實氣體的內能是溫度和體積的函式。即U=U(T，V)。一個氣體系統在什麼情況下必須按真實氣體來處理，要由氣體的性質、溫度、壓強等具體情況來決定。例如，0℃的氫，在100×105帕(100個大氣壓)以下，可以當作理想氣體來處理，超過100×105帕(100個大氣壓)時，再用理想氣體物態方程處理便與實際情況偏離甚遠，這時用真實氣體的范德瓦耳斯方程處理較為合適。
真實氣體行為描述
為了描述真實氣體的行為，必須對PV=RT關係予以改進，最簡便的作法是引用壓縮因子Z。Z=PV/RT，它是壓力和溫度的函式。當壓力趨於零時，則Z趨於1，即實際氣體的性質趨於與理想氣體相同。
除套用壓縮因子概念來改進理想氣體定律以適合描述實際氣體行為以外，通常還套用其他比較複雜的狀態方程。
范德瓦耳斯狀態方程
荷蘭物理學家J.D.范德瓦耳斯(Johannes Diederik van der Waals)於1873年提出，其形式為
，式中P、V、T和R分別代表氣體的壓力、比體積、溫度和氣體常數。與理想氣體狀態方程比較，a/V2是由於分子間作用力的影響對氣體壓力的修正； b是由於分子本身占有體積的影響而對比體積的修正。范德瓦耳斯方程仍只是一個近似的實際氣體狀態方程。其中常數a、b可以套用臨界參數Pc、Vc、Tc予以確定，即
，
，
，或
，
。
維里狀態方程
維里狀態方程形式為
，或
，式中A0、A1、A2、…和B0、B1、B2、…稱為維里係數，都只是溫度的函式。維里方程的有利之處，是維里係數可以由P、V、T數據予以確定。
對比性質和對應態原理
實際氣體的壓力、比體積和溫度與對應的臨界參數之比值，稱為對比性質或對比參數，表示為Pr=P/Pc，Vr=V/Vc，Tr=T/Tc。
如果任意兩種氣體具有相同的對比壓力和對比溫度，那么，它們就有相同的對比體積，即對所有氣體，它們具有相同的函式關係Vr=f(Pr，Tr)，，這就是對應態原理。應該說，上述關係是原始的對應態原理的數學表達式，這只是個近似的方程，它有一定局限性。
通用壓縮因子圖
任何氣體的壓縮因子只是兩個狀態參數之函式，根據原始的對應態原理，通常表示為Pr、Tr的函式，即Z=f(Pr，Tr)，這就是通用壓縮因子圖的基礎。
通用壓縮因子圖
通用壓縮因子圖通用壓縮因子圖是以Z對pr按不同的Tr值來描繪的。根據一種或多種氣體的已知數據繪製成圖，可以套用於任何氣體。通用壓縮因子圖已在工程上獲得比較廣泛的套用。
真實氣體不遵守波義耳-馬略特定律、蓋·呂薩克定律和查理定律。從微觀上看，各種實際氣體均由無數分子組成，每個分子都占有一定的體積，彼此間還存在著相互作用力，因此，它的熱力學狀態及其變化規律很難藉簡單的數學關係式予以描述。一般來說，氣態物質愈接近液態時，其分子間的平均距離愈小，相互作用力愈大，故其性質偏離理想氣體愈為明顯；只有當溫度愈高、壓力愈低時，偏離的程度才愈不顯著。因此，探討實際氣體的狀態方程式及其各種熱力學函式間的關係已成為工程熱力學中的重要課題之一。根據理論分析並結合實驗數據而得到的實際氣體狀態方程式(如范德瓦耳斯方程式)大都非常複雜，不切工程實用，故在熱工計算中均以預先編制好的各種實際氣體(如水蒸汽、氨蒸汽等)蒸汽圖表為依據。
