Впервые подробное экспериментальное исследование зависимости p от v в разных изотермических процессах сжатия реального газа провел на углекислоте в 1857 – 1969 г.г. английский физик Эндрюс. Результаты его экспериментов показаны на рис. 1.

Как видно, при температурах, меньших , изотермическое сжатие углекислоты (СО₂) вначале сопровождается ростом давления. В точке а начинается процесс конденсации. Состояние, отвечающее этой точке, называют сухим насыщенным паром. При продолжении изотермического сжатия давление остается постоянным, а уменьшение объема сопровождается тем, что все большее количество пара превращается в жидкость.

Наконец, в точке b конденсация завершается, и рабочее тело представляет собой кипящую жидкость. На участке ab одновременно существует и жидкая и газообразная фазы. Состояния, характеризуемые точками на ab, называют влажным насыщенным паром.

Соотношение между паровой и жидкой фазой характеризуют степенью сухости пара - это массовая доля сухого насыщенного пара во влажном. Степень сухости пара определяется выражением

,

где m_n и m _ж – соответственно масса пара и жидкости во влажном насыщенном паре.

Удельный объем сухого насыщенного пара обозначают   (точка а), а кипящей жидкости –  (точка b).

Рис. 1. PV – диаграмма реального газа

При продолжении изотермического сжатия в области v < v' отмечается резкое возрастание давления, так как жидкость обладает малой сжимаемостью.

С ростом температуры разность (v" - v'), быстро убывает за счет интенсивного уменьшения v" и некоторого роста v', т.е. с ростом температуры уменьшается разница между плотностями жидкой и газовой фаз.

Уменьшение (v" - v') продолжается вплоть до температуры Т _кр, когда эта разность обращается в нуль (точка К), т.е. в этой точке исчезает различие между плотностями жидкости и пара. Точка К, отвечающая этому состоянию, называется критической точкой. Соответственно давление, температура и удельный объем называются критическими (р _кр , Т _кр , v _кр). Естественно, что все попытки обеспечить путем изотермического сжатия сжижение газа при Т > Т _кр, обречены на неудачу.

Критической температуре можно дать молекулярно-кинетическое толкование. Объединение свободнодвижущихся молекул в каплю, жидкости при сжижении газа происходит исключительно под действием сил взаимного притяжения. Этому препятствует кинетическая энергия движения молекул, равная с среднем kT (k – постоянная Больцмана). Очевидно, объединение молекул в каплю может произойти лишь при том условии, что кинетическая энергия движения молекул, пропорциональная Т, меньше или равна потенциальной энергии из взаимного притяжения (u_o). Если кинетическая энергия больше потенциальной энергии взаимного притяжения, то конденсация жидкости при изотермическом сжатии не сможет произойти. Сопоставление этих положений с результатом анализа диаграммы Эндрюса позволяет сделать вывод о том, что Т_кр – температура, соответствующая равенству указанных энергий

.

Если , то  и конденсация при изотермическом сжатии возможна.

Если , то  и конденсация при изотермическом сжатии не возможна.

Области pv- диаграммы

1. Область левее нижней пограничной кривой KI – это область некипящей жидкости.

2. Линия KI - это геометрическое место точек начала парообразования или конца конденсации. Иначе эту линию называют нижняя пограничная кривая. Степень сухости на нижней пограничной кривой равняется нулю (x = 0), а состояние вещества  кипящая жидкость.

3. Область между KI и KII - область влажного насыщенного пара.

Это смесь сухого насыщенного пара с каплями жидкости (туманообразное состояние). Это двухфазное состояние.

Для того чтобы превратить 1 кг жидкости в пар, надо сообщить ей какое-то количество теплоты. Эту величину называют удельной теплотой парообразования r, кДж/кг.

4. Линия KII - это геометрическое место точек конца парообразования или начала конденсации. Линию KII иначе называют верхняя пограничная кривая. Степень сухости на верхней пограничной кривой равняется единице (x = 1), а состояние вещества сухой насыщенный пар.

Насыщенный пар - это пар, находящийся в динамическом равновесии с жидкостью.

5. Точка К - критическая точка.

6. Область правее и выше верхней пограничной кривой – это область перегретого пара.