VAN DER WAALS, Johannes Diderik (Leiden, 1837. január I3. - Amszterdam, 1923. március 9.) holland fizikus. A fizikai Nobel-díjat 1910-ben kapta "a gázok és folyadékok állapotegyenletével kapcsolatos munkásságáért".
Ismereteit önerejéből
gyarapította, és csak három évig, 1862 és 1865 között hallgatta a leideni
egyetem matematika és fizika előadásait. 1865 után fizikát tanított Deventerben
és Hágában. Jelentős munkásságára a tudományos közvélemény figyelmét az
1873-án közzétett, a gáz és a folyadék fázis kontinuitásával foglalkozó
doktori tézisei hívták fel. Disszertációjában felírta a gázok ma van der
Waals-egyenletnek nevezett állapotegyenletét.
1877-ben az amszterdami
egyetem fizikaprofesszorává nevezték ki. 1907-ben vonult nyugalomba. A
gázok térfogatának, nyomásának és hőmérsékletének összefüggését leíró egyesített
gáztörvény elsősorban R. Boyle, J. L. Gay-Lussac, E. Mariotte kísérletei
és J. C. Maxwell, valamint L. E. Boltzmann elméleti munkái alapján jött
létre. Az egyesített gáztörvény azonban csak az "ideális" gázok esetében
teljesült; a nagyhőmérsékletű és kisnyomású reális gázoknál közelítőleg
igaz, és pontossága a hőmérséklet csökkenésével és a nyomás növekedésével
romlik.
A J. C. Maxwell és L.
E. Boltzmann által kidolgozott kinetikus gázelmélet alapfeltevései szerint
nincs kölcsönhatás a gáz molekulái között, és a molekulák térfogata zérus.
Van der Waals módosította
e két feltételt, és olyan állapotegyenletet határozott meg, mely —
elegendően nagy hőmérséklet-és nyomástartományban — áttekinthetően leírja
a reális gáz viselkedésének jellemző kvalitatív vonásait. A van der Waals-egyenletben
az egyetemes Boltzmann-állandó mellett két másik paraméter is szerepel,
melyek a molekulák térfogatával és kölcsönhatásuk mértékével vannak kapcsolatban.
Értékük gázról gázra változik, és kísérletileg határozhatók meg. A van
der Waals-egyenlet szerint az izotermák a nyomás-térfogat koordinátarendszerben
harmadfokú parabolák, amelyek egy részének egy-egy lokális maximuma és
minimuma van. A két szélsőérték közé eső tartomány, valamint az ettől jobbra
és balra eső bizonyos rész nem felel meg reális esetnek, hanem a gáz cseppfolyósodásának
folyamatával hozható kapcsolatba. A kritikus hőmérsékletnél magasabb hőmérsékleteken
már nincs lokális szélsőérték, a gáz nem cseppfolyósítható, és a van der
Waals-egyenlet egyre jobban megközelíti az ideális gáz termikus állapotegyenletét.
Munkássága jelentősen
hozzájárult a gázcseppfolyósítási kísérletek sikeréhez, és előkészítette
a Joule-Thomson-effektus felfedezését is.
A molekulák közötti
kölcsönhatásokat tanulmányozva felismerte, és a klasszikus elektrodinamika
alapján értelmezte azokat a gyenge elektromos erőket, melyek a nemesgázatomokat
és telített molekulákat szilárd és cseppfolyós fázisban összekötik. Elmélete
szerint még az átlagosan zérus dipolmomentumú atomok vagy molekulák is
rendelkeznek fluktuáló dipólmomentummal. A fluktuáló dipólmomentum a szomszédos
atomban vagy molekulában dipólmomentumot ébreszt. Az így létrejövő dipólmomentumok
kölcsönhatásának eredménye vonzerő, mely például a van der Waals-kristályok
kötését szolgáltatja.
A van der Waals-erők kvantummechanikai értelmezésével először F. London
foglalkozott a 20-as évek végén.