Mint azt az alábbiakban meg fogjuk mutatni, a van der Waals állapotegyenlet valóban egy maximummal rendelkező inverziós görbét szolgáltat, ahol a maximális inverziós hőmérséklet:
Kepl1_312.gif
és a maximális inverziós nyomás:
Kepl2_312.gif
Ezt a maximális értéket az inverziós görbe a
Kepl3_312.gif
hőmérséklet esetén éri el.
Érdekes még a van der Waals inverziós görbe másik metszéspontja a T tengellyel. Ez nem T" = 0-nál van, hanem Kepl4_312.gif -nál. (Emlékezzünk vissza, hogy H2O esetén a mérési adatok szerint az inverziós görbe 507 K-nél metszi a folyadék-gőz fázishatárgörbét. Ez a H2O kritikus hőmérsékletének - 647 K-nek 0,78-szorosa)
Összehasonlítva a van der Waals állapotegyenlet által jósolt
Kepl5_312.gif
értékeket a fenti táblázat mérési adataiból számolt hányadosok megfelelő értékeivel, azt mondhatjuk, hogy a van der Waals állapotegyenlet viszonylag jól jelzi az inverziós görbe menetét.
Hélium esetén még jobb egyezést kapunk, ha a reális gázok Dieterici féle állapotegyenletét használjuk. Ez 1 mólra az alábbi alakú [11, 12]:
Kepl6_312.gif
Ha itt is kifejezzük a kritikus adatokat a Dieterici féle a, b állandókkal és R-rel, valamint meghatározzuk a microJ.T. = 0-hoz tartozó görbét akkor a megfelelő hányadosokra az alábbiakat kapjuk:
Kepl7_312.gif
Határozzuk most meg az inverziós görbe egyenletét van der Waals gázra!
Ehhez (Kepl8_312.gif -t kell meghatároznunk, mivel microJ.T. = 0,
ha Kepl9_312.gif , vagyis Kepl10_312.gif
A van der Waals állapotegyenlet:
Kepl11_312.gif
Differenciáljuk ezt parciálisan a hőmérséklet szerint,
állandó nyomás mellett:
Kepl12_312.gif
Kepl13_312.gif
A Joule-Thomson-koefficiens tehát akkor lesz zérus, ha
Kepl14_312.gif
amit átalakítva így is írhatunk:
Kepl15_312.gif
Ez a feltételi egyenlet az állapotegyenlettel együtt az inverziós görbe V paraméteres megadásának tekinthető a p;T koordinátarendszerben. A két egyenletből
7. ábra
Kepl16_312.gif
ügyes matematikai átalakítások segítségével V kiküszöbölésével megkaphatjuk az inverziós görbét leíró p(T) függvény explicit kifejezését is. Ez a következő:
Kepl17_312.gif
Még áttekinthetőbb és érdekesebb lesz ez a kifejezés, ha az állapotjelzők redukált értékeire írjuk fel. Tekintettel arra, hogy
Kepl18_312.gif
van der Waals gáz esetén, a következőt kapjuk:
Kepl19_312.gif
Ennek a függvénynek a zérushelyei:
Kepl20_312.gif
Maximumhelye: Tred.max = 3-nál van, a maximál nyomás redukált értéke itt:
pred.max = 9.
A van der Waals inverziós görbe menete a 7. ábrán látható.