NHIEÄT HOÏC- Khí Lý Tưởng
PGS.TS. Lê Công Hảo
1.KHÍ LYÙ TÖÔÛNG
Caùc phaân töû khí raát xa nhau → coi nhö khoâng töông taùc nhau . + Traïng thaùi moät heä (khoái) khí ñöôïc xaùc ñònh bôûi caùc thoâng soá traïng thaùi:P,V,T
+ Khí lyù töôûng :
a/Aùp suaát
-Ñònh luaät Dalton :
Torr = 133 N/m3
“Aùp suaát moät hoãn hôïp khí baèng toång aùp suaát rieâng phaàn cuûa töøng chaát khí thaønh phaàn “
b/ Nhieät ñoä :Ñaïi löôïng vaät lyù theå hieän möùc ñoä chuyeån ñoäng hoãn loïan cuûa caùc phaân töû cuûa vaät(hay heä vaät) ñang xeùt.
-Caùc nhieät giai :
- Nhieät giai Celsius :Ñieåm tan cuûa nöôùc ñaù vaø ñieåm soâi cuûa nöôùc tinh khieát ôû aùp suaáp 1 atm.
Nhieät giai Fahrenheit :Ñieåm tan cuûa nöôùc ñaù vaø ñieåm soâi cuûa nöôùc tinh khieát ôû aùp suaát 1 atm töông öùng laø :
- Nhieät giai Kelvin :
Hình (1.1):
Töông quan giöõa aùp suaát vaø nhieät ñoä ñoái vôùi 3 loïai khí khaùc nhau.
Nhaän xeùt
Vôùi moïi loïai khí,ñöôøng ngoïai suy P→0 vôùi moïi loïai khí ñeàu gaëp nhau taïi -273,15 0 C.
2. Phöông trình traïng thaùi khí lyù töôûng
f (P,V,T ) = 0
(1.1)
:khoái löôïng cuûa 1 kmol
Trong ñieàu kieän tieâu chuaån:p=1 atm;00 C
Vôùi m (kg) khí : Vôùi 1 kmol khí :
Haèng soá khí lyù töôûng :
(1.2) (1.3)
N : Toå soá phaân töû chöùa trong khoái khí
: Haèng soá Bolzman
NA : Soá phaân töû trong 1 kmol.
(1.4)
(1.5)
Caùc tröôøng hôïp rieâng : Caùc ñònh luaät thöïc nghieäm.
Charles
Boyle- Mariotte(1669)
Gay-Lussac(1802)
: Heä soá daõn nôû nhieät,cho moïi chaát khí
b / Ñöôøng ñaúng aùp(Gay Lussac
V
O
T
( a)
P
(b)
a/Ñöôøng ñaúng nhieät ,coù daïng Hypecbol.
O
T
c/ Ñöôøng ñaúng tích (Charles).
(c)
MỘT SỐ VÍ DỤ - NHIỆT HỌC
Câu 1. Moät khoái khí ñöôïc nhoát trong moät xilanh vaø pittoâng ôû aùp suaát 1,5.105 Pa. Neùn pittoâng ñeå theå tích coøn 1/3 theå tích ban ñaàu( neùn ñaúng nhieät). Aùp suaát cuûa khoái khí trong bình luùc naøy laø bao nhiêu?
ĐS : 45.10 4 Pa ( T2 = T1 ) Câu 2. Bôm khoâng khí coù aùp suaát p =1at vaøo moät quaû boùng coù dung tích boùng khoâng ñoåi laø V=2.5 lít Moãi laàn bôm ta ñöa ñöôïc 125cm3 khoâng khí vaøo trong quaû boùng ñoù.Bieát raèng tröôùc khi bôm boùng chöùa khoâng khí ôû aùp suaát 1at vaø nhieät ñoä không ñoåi.Sau khi bôm 12 laàn,aùp suaát beân trong quaû boùng laø bao nhiêu ?
Đs: 1,6 atm
MỘT SỐ VÍ DỤ - NHIỆT HỌC
Câu 4. Moät löôïng khí coù aùp suaát lôùn ñöôïc chöùa trong moät bình coù theå tích khoâng ñổi. Neáu coù 50% khối lượng khí ra khoûi bình vaø nhieät ñoä tuyeät ñoái cuûa bình taêng theâm 50% thì aùp suaát khí trong bình thay ñoåi nhö theá naøo? Đs : 0,75p
Câu 5: Có 1g ôxy ở áp suất 3at sau khi hơ nóng đẳng áp, nó chiếm thể tích 1 lít. Tìm nhiệt độ sau khi hơ nóng. Coi khi oxy là khí lý tưởng. R=8,31 J/mol.K .
Đs: 1155K
Câu 6. Moät bình chöùa khí ôû 300K vaø aùp suaát 2.105Pa, khi taêng nhieät ñoä leân gaáp ñoâi thì aùp suaát trong bình laø bao nhieâu? ĐS : 4.105 Pa
3. Thuyết động học phân tử khí lý tưởng a. Các phân tử trong chất khí Các phân tử chất khí luôn chuyển động hỗn loạn không ngừng, nhiệt độ càng cao các phân tử chuyển động càng nhanh. b. Thuyết động học phân tử -Các chất khí cấu tạo gián đoạn và bao gồm một số rất lớn các phân tử -Các phân tử chuyển động hỗn loạn. Khi chuyển động chúng va chạm vào nhau và va vào thành bình chứa. -Độ lớn chuyển động biểu hiện ở nhiệt độ của khối khí. Chuyển động phân tử càng mạnh thì nhiệt độ càng cao. Nhiệt độ tuyệt đối tỉ lệ với động năng trung bình của phân tử. -Kích thước các phân tử rất nhỏ so với khoảng cách. Bỏ qua kích thước của phân tử. -Các phân tử không tương tác trừ trường hợp chúng va chạm. Sự va chạm tuân theo quy luật va chạm đàn hồi.
c. Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử Giả sử có N phân tử trong hộp có hình khối hộp các cạnh lx, ly, lz .
Động lượng theo phương x thay đổi một lượng 2mvx. Ta có:
Áp suất gây trên mọi phương là như nhau nên:
c. Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử
(Vận tốc của một hạt nói chung)
d. Động năng
Nếu xem động năng tịnh tiến trung bình có giá trị như trên thì thực nghiệm và lý thuyết trùng nhau.
Luật phân bố điều năng lượng theo các bậc tự do
Vậy bậc tự do chỉ nhận các giá trị i=3, 5 và 6
Qui ước bậc tự do - Phân tử khí 1 nguyên tử i = 3 - Phân tử khí 2 nguyên tử i = 5 - Phân tử khí 3 nguyên tử trở lên i = 6. - Mỗi bật tự do của phân tử khí có năng lượng 0,5 kBT
- Phân tử khí có bật tự do là i thì năng lượng là
