Toùm taét baøi giaûng Chöông 4: ÑOÄNG HOÏC PHAÂN TÖÛ KHÍ
Th.S TRAÀN ANH TUÙ
1
Ñeå nghieân cöùu chuyeån ñoäng nhieät ngöôøi ta duøng 2 phöông phaùp:
- Phöông phaùp thoáng keâ: ÖÙng duïng trong vaät lyù phaân töû:döïa treân caáu taïo phaân töû
caùc chaát duøng ff thoáng keâ phaân tích caùc quaù trình xaûy ra trong noù ñeå tìm quy luaät
chung cuøa caû taäp hôïp phaân töû vaø giaûi thích caùc tính chaát cuøa vaät,hieåu saâu saéc baûn chaát
hieän töôïng.(phöùc taïp)
- Phöông phaùp nhieät ñoäng: ÖÙng duïng trong nhieät ñoäng hoïc nghieân cöùu ñieàu kieän
chuyeån hoùa naêng löôïng veà maët ñònh löôïng.(ñôn giaûn)
CHÖÔNG 4: ÑOÄNG HOÏC PHAÂN TÖÛ KHÍ
4.1 Khaùi nieäm cô baûn
4.1.1 Thoâng soá traïng thaùi:1 soá ñaïi löôïng vaät lyù ñaëc tröng cuûa traïng thaùi. Thoâng soá traïng thaùi
khí lyù töôûng laø p,V,T
4.1.2 AÙp suaát: S
F
pΔ
= (N/m2): Löïc neùn vuoâng goùc leân 1 ñôn vò dieän tích thaønh bình.
1 Pa = 1 N/m2.
1 at = 736 mmHg = 9,81.104 N/m2.
1 atm = 760 mmHg = 10,13.104 N/m2.
4.1.3 Nhieät ñoä: ñaëc tröng cho möùc ñoä chuyeån ñoäng hoãn loaïn caùc phaân töû cuûa caùc vaät.
t 0C , t 0F , T 0K
T 0K = t 0C + 273 .
4.1.4 Phöông trình traïng thaùi khí lyù töôûng: RT
m
pV
μ
= .
p (N/m2), V (m3) , m (Kg) , μ (Kg):khoái löôïng 1 Kmol, R = 8,31.103 (J/Kmol.0K), T (0K),
m/μ: soá Kmol
p (at), V (m3), m (Kg), μ (Kg): khoái löôïng 1 Kmol, R = 0,0848 (m3.at/Kmol.0K), T (0K),
m/μ: soá Kmol
4.2 Ñoäng hoïc phaân töû khí vaø phöông trình cô baûn cuûa ñoäng hoïc phaân töû
4.2.1 Thuyeát ñoäng hoïc phaân töû khí lyù töôûng: Döïa vaøo caùc ñieàu kieän thöïc nghieäm, ngöôøi ta
ñaõ xaây döïng thuyeát ñoäng hoïc phaân töû goàm caùc giaû thuyeát sau:
a/ Caùc chaát khí coù caáu taïo giaùn ñoaïn, goàm raát nhieàu phaân töû khí.
b/ Caùc phaân töû chaát khí chuyeån ñoäng hoãn loaïn khoâng ngöøng. Khi chuyeån ñoäng
chuùng va chaïm vaøo nhau vaø va chaïm vaøo thaønh bình.
c/ Cöôøng ñoä chuyeån ñoäng phaân töû bieåu hieän ôû nhieät ñoä. Khi nhieät ñoä caøng cao thì
chuyeån ñoäng cuûa phaân töû caøng maïnh. Nhieät ñoä tuyeät ñoái tyû leä vôùi ñoäng naêng trung bình cuûa
phaân töû khí.
d/ Kích thöôùc cuûa caùc phaân töû coi nhö raát nhoû so vôùi khoaûng caùch cuûa chuùng neân
moät soá tröôøng hôïp ta boû qua kích thöôùc cuûa phaân töû, coi nhö laø 1 chaát ñieåm.
e/ Caùc phaân töû khoâng töông taùc vôùi nhau, tröø luùc va chaïm. Söï va chaïm giöõa caùc
phaân töû vaø phaân töû vôùi thaønh bình tuaân theo qui luaät va chaïm hoaøn toaøn ñaøn hoài (ñoäng
löôïng vaø ñoäng naêng ñöôïc baûo toaøn)
Toùm taét baøi giaûng Chöông 4: ÑOÄNG HOÏC PHAÂN TÖÛ KHÍ
Th.S TRAÀN ANH TUÙ
2
4.2.2 Phöông trình cô baûn cuûa ñoäng hoïc phaân töû khí lyù töôûng
Xeùt phaân töû khí ñôn nguyeân töû va chaïm vaøo thaønh bình: '
ϑϑ
r
r
mm =
'
ϑϑ
r
r
r
mmp −=Δ Chieáu leân phöông x: tFmmm Δ=
−
=
−
−
.2
ϑ
ϑ
ϑ
…..
AÙp suaát treân thaønh bình: đ
WnP 0
3
2
=
n
o : maät ñoä phaân töû khí: V
N
v
n
n0
0== (soá phaân töû khí coù trong 1 ñôn vò theå tích)
2
2
1
ϑ
mW đ=: ñoäng naêng tònh tieán trung bình
4.2.3 Heä quaû:
a/ Ñoäng naêng tònh tieán trung bình:
TKmW B
đ.
2
3
2
12
==
ϑ
KB : haèng soá Boltzman=1,38.10−23 J/0K
N0 = 6,023.1026 pt khí(Kmol)
b/ Vaän toác trung bình caên quaân phöông:
μ
ϑ
TR.3
2
=
c/ Maät ñoä phaân töû khí: TK
P
n
B.
0=
4.3 Noäi naêng phaân töû khí
4.3.1 Baäc töï do cuûa phaân töû khí
Baäc töï do cuûa 1 heä cô hoïc laø soá toïa ñoä ñoäc laäp vaø caàn thieát ñeå xaùc ñònh vò trí cuûa heä
trong khoâng gian.
a/ Ñoái vôùi phaân töû khí ñôn nguyeân töû: 3 baäc töï do tònh tieán => i = 3
b/ Phaân töû löôõng nguyeân töû (O2, H2 …): 3 baäc töï do tònh tieán, 2 baäc töï do quay =>i = 5.
c/ Phaân töû ña nguyeân töû: 3 baäc töï do tònh tieán, 3 baäc töï do quay =>i = 6
4.3.2 Ñònh luaät phaân boá ñeàu naêng löôïng theo baäc töï do:
Do tính chaát chuyeån ñoäng hoãn loaïn caùc phaân töû khí neân khoâng coù 1 phöông trình
naøo hoaëc 1 daïng naøo öu tieân hôn. Maxwell phaùt bieåu ñònh luaät sau: “Ñoäng naêng trung
bình cuûa phaân töû khí ñöôïc phaân boá ñeàu cho caùc baäc töï do cuûa phaân töû khí”
TKW B
đ.
2
3
=
4.3.3 Noäi naêng:
Noäi naêng khí lyù töôûng laø phaàn naêng löôïng öùng vôùi chuyeån ñoäng beân trong cuûa 1 vaät.
Noäi naêng khí lyù töôûng laø toång ñoäng naêng cuûa caùc phaân töû cuûa heä.
- Ñoäng naêng 1 phaân töû khí: TK
i
WB
đ.
2
=
- Noäi naêng cuûa 1 Kmol khí lyù töôûng: TR
i
TK
i
NWNU B
đ.
2
.
2
000 ===
- Noäi naêng cuûa m (Kg) hay m/μ (Kmol) khí: pV
i
RT
im
U
m
U22
0===
μμ
Löu yù: Noäi naêng laø haøm cuûa traïng thaùi vaø coù mang tính chaát coäng.