Bài giảng Vật lý đại cương - Phần 2: Nhiệt học gồm có những nội dung chính sau: Khí lí tưởng, khí thực, nguyên lý thứ nhất nhiệt động học, nguyên lý thứ hai nhiệt động học. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm bắt các nội dung chi tiết.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương - Phần 2: Nhiệt học
- Phần II. Nhiệt học
• Chương 8. Khí lí tưởng
• Chương 9. Khí thực
• Chương 10. Nguyên lý thứ nhất nhiệt
động học.
• Chương 11. Nguyên lý thứ hai nhiệt động
học.
1
- Chương 8. Khí lý tưởng
I. Những khái niệm mở đầu.
II. Các định luật thực nghiệm về chất khí.
III. Khí lý tưởng & phương trình trạng thái.
IV. Thuyết động học phân tử chất khí.
V. Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử.
VI. Nội năng khí lý tưởng.
2
- I. Những khái niệm mở đầu.
• Hệ nhiệt động
• Môi trường
F
• Áp suất P ; 1at 736mmHg 9,81.10 4 N / m 2
S
• Nhiệt độ T B.Wd ; T ( K ) T ( 0 C ) 273
• Thể tích V ; 1m 3 103 l 106 ml ; 1l 1dm 3 ; 1ml 1cm3 1cc
• Điều kiện tiêu chuẩn T 0 K ; P 1at : 1mol ~ 22,4l
• Thông số trạng thái P, V , T
• Phương trình trạng thái f ( P, V , T ) 0
3
- II. Các định luật thực nghiệm về chất khí.
1. Định luật Bôilơ – Mariốt P
T const P.V const
2. Định luật Gay – Luýtxắc
T2 T1
P T1
V const const
T O V
V
P const const
T
P P
P2 2 1 2
P2 P1
P1 1
O V O V1 V24 V
V1 V2
- III. Khí lý tưởng & phương trình trạng thái.
1. Khí lý tưởng
Định nghĩa:….
P không quá cao, T không quá thấp, mọi khí đếu là KLT
1. Phương trình trạng thái
– 1 kmol KLT:
P.V0 R.T
V0
R 8,31.103 J / kmol.K
m
– m kg KLT: V V0
m
P.V R.T
5
- IV. Thuyết động học phân tử chất khí.
1. Cơ sở thực nghiệm
– Cấu tạo chất
– Chuyển động phân tử
1. Nội dung của thuyết
– Các chất có cấu tạo gián đoạn, gồm rất nhiều phân tử.
– Các phân tử chuyển động hỗn loạn, va chạm với nhau &
thành bình.
– T = B.WđTB
– Kích thước phân tử
- V. Phương trình cơ bản của thuyết động học
phân tử.
1. Phương trình
Xét phân tử va chạm đàn hồi với thành bình. mv
K mv ' mv f. t O K x
2.m.v x
f. t 2.m.v. cos f
t mv mv '
f' f
1 2.m.v x
F f' n0 .v x . t. S . n0 .v x2 .m. S
2 t
2 v12x v22x ...
v x ; v 2 v x2 v y2 v z2 ; TB : v 2 v x2 v y2 v z2
n
1 2
v x2 v y2 v z2 v O
3 x
F 1 2
P n0 .m.v 2 P n0 .Wđ
S 3 3
7
- V. Phương trình cơ bản của thuyết động học
phân tử.
2. Hệ quả 2
– Động năng tịnh tiến TB P.V0 RT & P n0 .Wđ
3
3 RT 3 RT 3 23
Wđ Wđ kT ; k 1,38.10 J / K (Boltzman)
2 n0 .V0 2 NA 2
– Vận tốc căn quân phương
3 m.v 2
Wđ kT & Wđ
2 2
3kT 3RT 3RT
v2 v2
m
– Mật độ phân tử
2 2 3 P
P n0 .Wđ n0 . kT n0
3 3 2 kT
Cùng P, T các chất khí có cùng mật độ
– Định luật Đan tơn: hỗn hợp khí (cùng T, WđTB)
2 2 2
n0 n01 n02 ... Wđ .n0 Wđ .n01 Wđ .n02 ... 8 P P1 P2 .. Pn
3 3 3
- VI. Nội năng khí lý tưởng.
1. Nội năng: ĐN KLT U Wđ
2. Bậc tự do i 3
– Định nghĩa:
– Số bậc tự do của các phân tử khí:
• Đơn nguyên tử i = 3 i 5
• Lưỡng nguyên tử i = 5
• Đa nguyên tử i = 6
1. Đinh luật phân bố đều năng lương
theo bậc tự do: mỗi bậc kT/2
i 6
1. Nôi năng KLT:
– 1 kmol KLT
ikT i m3
U0 N A. U0 RT Wtt RT
2 2 2
– m kg KLT
ikT iRT mi mi 3
U N. N. U RT Wq U Wtt RT
2 2.N A 2 9 2
- Chương 9. Khí thực
I. So sánh khí lý tưởng & khí thực.
II. Phương trình trạng thái Vandecvan.
III. Họ đường đẳng nhiệt khí thực.
IV. Nội năng khí thực & Hiệu ứng Jun – Tomxơn.
10
- I. So sánh khí lý tưởng & khí thực
m
• Phương trình trạng thái KLT PV RT
Chỉ đúng với KLT, khi bỏ qua kích thước phân tử và tương tác phân
tử, tức áp suất không quá cao và nhiệt độ không quá thấp.
• Đối với khí thực:
Mật độ phân tử lớn khi áp suất cao và nhiệt độ thấp.
Không thể bỏ qua kích thước phân tử và tương tác phân tử.
Phương trình trạng thái phải thay đổi.
11
- II. Phương trình trạng thái Vandecvan
1. Phương trình cho một Kmol khí
– Hiệu chỉnh về thể tích riêng: V0 V0 b ; b 4N d 2 / 6
a
– Hiệu chỉnh về tương tác phân tử: P P Pi ; Pi
V02
– Phương trình: a
P 2
V0 b RT PT trạng thái Vandecvan
V0
1. Phương trình cho một khối khí m kg
m
V V0
2
a m m m
P V0 b RT
V02 2
12
- III. Họ đường đẳng nhiệt khí thực
1. Lý thuyết (Vandervan)
– Khảo sát P = f(V0)
– TK: tới hạn
VK = 3b, PK = a/27b2, TK = 8a/27bR
– T > TK giống KLT
– T < TK lồi lõm
1. Thực nghiệm (Andriu)
– Thực nghiệm với CO2
– T < TK = 3040K
Đoạn BC: V giảm, P = const , hóa lỏng dần
Đoạn BC: lỏng + hơi,
P = PBC : áp suất hơi bão hòa
– T TK đoạn ngang ngắn lại
– T = TK điểm tới hạn
13
– T > TK giống đường đẳng nhệt KLT
- III. Họ đường đẳng nhiệt khí thực
3. So sánh hai họ đường đẳng nhiệt
• T >= TK phù hợp
• T < TK tương đối phù hợp
• Khác biệt ở miền 3:
- LT: có lồi lõm
- TN : ngang
• Một số trạng thái lồi lõm
có thể thấy trong TN: CO2 tinh khiết
- Chậm hóa lỏng Bb
- Chậm bay hơi Cc
b
B
C
c
14
- IV. Nội năng & Hiệu ứng Jun – Tomxơn
1. Nội năng khí thực
U Wđ Wt
i
U0 RT Wt
2
2. Hiệu ứng Jun – Tomxơn
– Hiệu ứng: Nhiệt độ thay đổi khi giãn nở cô lập
– Giải thích:
i i
U 0 R T Wt 0 R T Wt
2 2
V 0 Wt 0 T 0
– Ứng dụng: hóa lỏng khí
15
- Chương 10. Nguyên lý I nhiệt động học
I. Nội năng - Công & Nhiệt.
II. Nguyên lý I.
III. Trạng thái cân bằng & Quá trình cân bằng.
IV. Các quá trình cân bằng của khí lý tưởng.
16
- I. Nội năng, Công & nhiệt
1. Nội năng
– Hệ bất kì Wh Wđ Wt U
– Hệ nhiệt (KLT) Wh U Wd
1. Công
– Phần năng lượng trao đổi dưới dạng động năng có hướng.
– Kí hiệu: A
– Đơn vị: J
1. Nhiệt
– Phần năng lượng trao đổi dưới dạng động năng hỗn loạn.
– Kí hiệu: Q
– Đơn vị: J, Cal; 1 Cal = 4,19 J
1. Phân biệt nội năng với công & nhiệt
17
– U: phụ thuộc trạng thái; A, Q: phụ thuộc quá trình
- II. Nguyên lý I
1. Phát biểu:
U A Q dU A Q
Nhận A 0, Q 0 U 0
Sinh ra A 0, Q 0 U 0
– Kí hiệu:
A: nhận A’ = -A : sinh ra
Q: thu Q’ = -Q : tỏa ra
1. Hệ quả:
– Hệ cô lập A Q 0 U 0 U const
Nếu chỉ có 2 vật trao đổi nhiệt Q Q1 Q2 0 Q1 Q2
– Hệ biến đổi theo chu trình U 0 A Q
1. Ý nghĩa:
– Không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu loại 1: có hiệu suất > 1
18
- III. Trạng thái cân bằng & Quá trình cân bằng
1. Trạng thái cân bằng & Quá trình cân bằng
– Trạng thái cân bằng: mọi thông số hoàn toàn xác định
Đồ thi OPV: Biểu diễn bằng một điểm
– Quá tình cân bằng: biến đổi liên tiếp giữa các trạng thái cân
bằng
Đồ thi OPV: Biểu diễn bằng đường liền nét
P
Trạng thái cân bằng
1 Quá trình cân bằng
2 Quá trình không cân bằng
O V
19
- III. Trạng thái cân bằng & Quá trình cân bằng
2. Công & nhiệt trong quá trình cân bằng 2
– Công (nhận) A F .dl P.dS .dl P.dV A P.dV
1
Điều kiện: phải là quá trình cân bằng thì P mới xác định và F = P.S
– Nhiệt – Nhiệt dung
Q
• Nhiệt dung riêng c J / kg.K
m.dT
Q
• Nhiệt dung phân tử C m
J / kmol.K
.dT
• Nhiệt dung trong các quá trình thường gặp:
dl
– Đẳng nhiệt C=
– Đoạn nhiệt C=0
– Đẳng áp C = CP
– Đẳng tích C = CV m
• Nhiệt lượng trong quá trình cân bằng: Q .C.dT
20
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
