При каких условиях реальные газы подчиняются закону Бойля—Мариотта?

Реальные газы строго подчиняются закону Бойля—Мариотта (то есть при постоянной температуре выполняется $pV=\text{const}$, или $p \propto 1/V$) только приближённо и в таких условиях, когда они ведут себя почти как идеальный газ. Это происходит при следующих условиях:

1. Низкое давление (малые $p$)
   При низком давлении молекулы газа находятся далеко друг от друга. Тогда:

• собственным объёмом молекул (тем, что они “занимают место”) можно пренебречь по сравнению с объёмом сосуда;

• взаимодействия между молекулами (притяжение/отталкивание) проявляются слабо, потому что молекулы редко оказываются близко.

В результате давление становится почти таким, как у идеального газа, и зависимость $p \sim 1/V$ при постоянной $T$ выполняется хорошо.

2. Достаточно высокая температура (далеко от точки конденсации)
   Чем выше температура, тем больше средняя кинетическая энергия молекул. Это приводит к тому, что:

• силы притяжения между молекулами “теряются” на фоне теплового движения;

• газ менее склонен к сжижению и сильным отклонениям от идеального поведения.

Поэтому при высоких температурах реальные газы ближе к идеальным и лучше подчиняются закону Бойля—Мариотта.

3. Условие “далеко от критической области”
   Вблизи критической температуры и критического давления свойства газа резко меняются (сильно растёт сжимаемость, заметны флуктуации плотности), и закон Бойля—Мариотта начинает заметно нарушаться.
   Значит, чтобы он выполнялся, нужно быть не рядом с критической точкой и вообще не близко к фазовому переходу газ–жидкость.

4. Изотермичность процесса (температура должна оставаться постоянной)
   Сам закон Бойля—Мариотта относится к изотермическому процессу. Даже если газ почти идеален, при изменении температуры $pV$ уже не будет постоянным. Поэтому важно, чтобы во время сжатия/расширения газ успевал теплообмениваться с окружающей средой и сохранял постоянную $T$.

Итог: реальные газы подчиняются закону Бойля—Мариотта приближённо при низких давлениях, достаточно высоких температурах и вдали от области конденсации и критической точки, при условии, что процесс идёт при постоянной температуре.