intTypePromotion=1

Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 1 - Nguyễn Xuân Thấu

Chia sẻ: Minh Nguyệt | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:38

0
97
lượt xem
5
download

Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 1 - Nguyễn Xuân Thấu

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Vật lý đại cương 2 - Chương 1: Thuyết động học phân tử chất khí" cung cấp cho người học các kiến thức: Những đặc trưng cơ bản của khí lý tưởng cổ điển, phương trình trạng thái khí lý tưởng, thuyết động học phân tử, các định luật phân bố phân tử. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 1 - Nguyễn Xuân Thấu

  1. mT1 Chương 1 THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CHẤT KHÍ 1 Nguyễn Xuân Thấu -BMVL HÀ NỘI 2016
  2. CHƯƠNG 1. THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CHẤT KHÍ NỘI DUNG CHÍNH 1. NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG CỔ ĐIỂN 2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ LÝ TƯỞNG 3. THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ 4. CÁC ĐỊNH LUẬT PHÂN BỐ PHÂN TỬ 2
  3. 1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Nhiệt học nghiên cứu các hiện tượng liên quan đến những quá trình xảy ra bên trong vật như vật nóng chảy, vật bay hơi,vật nóng lên khi ma sát… những hiện tượng này liên quan đến chuyển động nhiệt. Phương pháp thống kê: Sử dụng các quy luật của xác suất thống kê để tính giá trị trung bình của các đại lượng trên cơ sở nghiên cứu các quá trình xảy ra cho từng phân tử. 3 Phương pháp nhiệt động lực: Nghiên cứu quá trình trao đổi và biến hoá năng lượng. Có phạm vi ứng dụng sâu rộng hơn và đơn giản hơn phương pháp thống kê.
  4. 1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Nhiệt học nghiên cứu các hiện tượng liên quan đến những quá trình xảy ra bên trong vật như vật nóng chảy, vật bay hơi,vật nóng lên khi ma sát… những hiện tượng này liên quan đến chuyển động nhiệt. Phương pháp thống kê: Sử dụng các quy luật của xác suất thống kê để tính giá trị trung bình của các đại lượng trên cơ sở nghiên cứu các quá trình xảy ra cho từng phân tử. 4 Phương pháp nhiệt động lực: Nghiên cứu quá trình trao đổi và biến hoá năng lượng. Có phạm vi ứng dụng sâu rộng hơn và đơn giản hơn phương pháp thống kê.
  5. 1. NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG CỔ ĐIỂN 1.1. HỆ NHIỆT ĐỘNG Hệ nhiệt động là một hệ vật lý bao gồm một số lớn các hạt – các nguyên tử và phân tử - Các hạt này luôn thực hiện chuyển động nhiệt hỗn loạn và trao đổi năng lượng cho nhau khi tương tác. Vật còn lại ở ngoài hệ đang xét gọi là: ngoại vi, ngoại vật, môi trường xung quanh 5  Hệ không cô lập Hệ cô lập nhiệt  Hệ cô lập Hệ cô lập cơ
  6. 1. NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG CỔ ĐIỂN 1.2. THÔNG SỐ TRẠNG THÁI VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI Thông số trạng thái (Thông số nhiệt động) Thông số trạng thái là tập hợp các đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất vĩ mô của hệ: áp suất, khối lượng, nhiệt độ, thể tích… - Thông số độc lập & thông số phụ thuộc 6 Phương trình trạng thái Các phương trình biểu diễn mối liên hệ giữa các thông số độc lập và thông số phụ thuộc (của một vật) được gọi là phương trình trạng thái (của vật). Ví dụ: f(p,V,T) = 0
  7. 1. NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG CỔ ĐIỂN 1.3. QUÁ TRÌNH Quá trình Quá trình là một chuỗi biến đổi liên tiếp các trạng thái. Hàm của trạng thái (ví dụ nội năng U) là một đại lượng vật lý mà ứng với mỗi trạng thái xác định của hệ, đại lượng đó có một giá trị xác định. 7 Khi trạng thái thay đổi, đại lượng đó nói chung thay đổi. Hàm của quá trình (ví dụ công A, nhiệt Q) là một đại lượng vật lý chỉ xuất hiện trong quá trình biến đổi trạng thái của hệ.
  8. 1. NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG CỔ ĐIỂN 1.4. ÁP SUẤT VÀ NHIỆT ĐỘ Áp suất Áp suất là một đại lượng vật lý có giá trị bằng lực nén vuông góc lên một đơn vị diện tích. F p Trong hệ SI, đơn vị đo áp suất là N/m2 hay Pascal (Pa). S 1at  9,81.104 Pa  736mmHg 8
  9. 1. NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG CỔ ĐIỂN 1.4. ÁP SUẤT VÀ NHIỆT ĐỘ Nhiệt độ là một đại lượng đặc trưng cho mức độ nóng lạnh của hệ. Nói chính xác hơn, nó đặc trưng cho cường độ chuyển động của các phân tử của hệ. - Nhiệt giai Celsius (bách phân, độ C), nhiệt giai Kelvin (tuyệt đối, K), nhiệt độ Fahrenheit… T(K)  t(0 C)  273 9 Nhiệt độ không tuyệt đối là trạng thái nhiệt động học lý tưởng của vật chất, trong đó mọi chuyển động nhiệt đều ngừng. Nhiệt độ không tuyệt đối được tính là 0°K trong Nhiệt giai Kelvin (-273,15°C hay -459,67°F)
  10. 2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG Mô hình khí lý tưởng: xem các phân tử khí là không tương tác với nhau trừ lúc chúng va chạm và coi kích thước riêng của các phân tử là không đáng kể so với khoảng cách giữa chúng, tức là coi chúng như những chất điểm. Trong thực tế có thể xem khí ở áp suất không lớn quá và nhiệt độ không 10 nhỏ quá như một khí lý tưởng.
  11. 2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG 2.1. CÁC ĐỊNH LUẬT THỰC NGHIỆM VỀ CHẤT KHÍ Định luật Boyle – Marriote (cho quá trình đẳng nhiệt): Với một khối khí xác định (m = const) khi nhiệt độ tuyệt đối T của khối khí không đổi (T = const) thì tích giữa áp suất và thể tích của khối khí là một hằng số: pV  const p1V1  p 2 V2 11 Đường đẳng nhiệt
  12. 2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG 2.1. CÁC ĐỊNH LUẬT THỰC NGHIỆM VỀ CHẤT KHÍ Định luật Gay – Lussac (cho quá trình đẳng áp): Với một khối khí xác định (m = const) khi áp suất của khối khí không đổi (p = const) thì thể tích của khối khí tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối: V  const T 12 V1 V2  T1 T2 Đường đẳng áp
  13. 2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG 2.1. CÁC ĐỊNH LUẬT THỰC NGHIỆM VỀ CHẤT KHÍ Định luật Charles (cho quá trình đẳng tích): Với một khối khí xác định (m = const) khi thể tích của khối khí không đổi (V = const) thì áp suất của khối khí tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối: p  const T 13 p1 p 2  T1 T2 Đường đẳng tích
  14. 2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG 2.2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG Phương trình Mendeleev – Clapayron (cho 1 mol khí lý tưởng): pV  RT - p, V, T – áp suất, thể tích và nhiệt độ của 1 mol khí bất kỳ - 1 mol khí bất kỳ có chứa NA = 6,023.1023 phân tử, có khối lượng là μ (kg) (gọi là phân tử khối). 14 - R là hẳng số khí lý tưởng Phương trình trạng thái khí lý tưởng (cho một khối lượng khí m bất kỳ): m pV  RT 
  15. 2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG 2.2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG Giá trị của hằng số R: Định luật Avogadro: ở cùng một nhiệt độ và áp suất, 1 mol các chất khí khác nhau đều chiếm cùng 1 thể tích, cụ thể là: khi T0 = 273,16 K, p0 = 1,013.105 Pa thì 1 mol khí chiếm 1 thể tích V0 = 22,410.10-3 m3. p 0 V0  J  R  8,31  15 T0  mol.K  Khối lượng riêng của khí lý tưởng: m m RT RT p pV  RT  p  p   V   RT
  16. 3. THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ 3.1. NHỮNG CƠ SỞ THỰC NGHIỆM - Số lượng các phân tử trong 1 mol là rất lớn: NA = 6,023.1023 hạt/mol – số Avogadro - Kích thước các phân tử rất nhỏ: r0  1010 m - Tổng thể tích các phân tử chất khí chiếm khoảng 1/1000 thể tích toàn bộ. Tức là khoảng cách giữa các phân tử khí lớn hơn hàng chục lần kích thước phân tử. 16 - Thực nghiệm chứng tỏ: + Ở khoảng cách r  3.1010 m các phân tử đẩy nhau; + Ở khoảng cách r  3.1010 m các phân tử hút nhau; + Ở khoảng cách r  15.1010 m tương tác giữa các phân tử có thể bỏ qua.
  17. 3. THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ 3.1. NHỮNG CƠ SỞ THỰC NGHIỆM - Chuyển động của các phân tử: các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng (chuyển động Brown). - Trong chất khí: Hoàn toàn hỗn loạn - Trong chất lỏng: Dao động quanh vị trí cân bằng, đồng thời vị trí cân bằng lại dịch chuyển. - Trong chất rắn: Dao động quanh các vị trí cân bằng. 17
  18. 3. THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ 3.2. NỘI DUNG THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ 1. Các chất có cấu tạo gián đoạn và gồm một số rất lớn các phân tử. 2. Các phân tử chuyển động hỗn loạn và không ngừng. Trong khi chuyển động chúng va chạm với nhau và va chạm thành bình. 3. Kích thước các phân tử rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng; có thể coi các phân tử như những chất điểm. 18 4. Các phân tử không tương tác với nhau trừ lúc va chạm. Sự va chạm giữa các phân tử với nhau và với thành bình tuân theo quy luật va chạm đàn hồi. Các giả thuyết (1) và (2) thỏa mãn đối với mọi chất khí, còn (3) và (4) chỉ đúng với khí lý tưởng.
  19. 3. THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ 3.3. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ Xét 1 cái bình hình lập phương, mật độphân tử khí là n0. Vận tốc các phân tử  là v tới đập vuông góc với thành bình. F là lực vuông góc tác dụng lên 1 diện tích S của thành bình. F v.t Áp suất: p  S 19 Số phân tử trong hình trụ có đấy là S , chiều cao vt : n  n 0 .v.t.S Do các phân tử chuyển động hỗn loạn, n 1 Nên số phân tử thực sự va chạm vào S là:  n 0 .v.t.S 6 6
  20. 3. THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ 3.3. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ Tìm lực f – của mỗi phân tử tác dụng lên thành bình (f  f ) , f  là lực mà thành bình tác dụng lên 1 PT.  - Va chạm là đàn hồi nên vận tốc đổi chiều nhưng v 1 độ lớn không thay đổi: v1 = v2 = v - Xung của lực mà thành bình tác dụng lên phân tử  v2 trong khoảng thời gian t bằng độ biến thiên 20 động lượng: 2mv 2mv x f .t  mv 2  mv1  2mv  f    f  t t Trong khoảng thời gian t có n/6 phân tử đập vào mặt S nên lực tác dụng tổng hợp là: n 1 F 1 F  f  n 0 .v.S.mv  p   n 0 mv 2 6 3 S 3
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2