THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG VẬN CHUYỂN TRAO ĐỔI CHẤT

Chia sẻ: Lanh Nguyen | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:81

Thêm vào BST

Báo xấu

196
lượt xem 23
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

- Hiểu được Thuyết động học phân tử về khí lý tưởng .Từø phương trình cơ bản suy ra được các hệ quả của nó . - Thiết lập biểu thức nội năng của khí lý tưởng thông qua định luật về sự phân bố đều động năng theo bậc tự do. - Phân biệt được sự khác nhau giữa khí lý tưởng và khí thực. Từ đó thiết lập được phương trình trạng thái của khí thực. - Nêu được bản chất, nguyên nhân của các hiện tượng khuếch tán, ma sát nhớt, dẫn nhiệt .Vận dụng để giải thích các quá...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG VẬN CHUYỂN TRAO ĐỔI CHẤT

Chương IV THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG VẬN CHUYỂN TRAO ĐỔI CHẤT
̣ MUC TIÊU - Hiểu được Thuyết động học phân tử về khí lý tưởng .Từø phương trình cơ bản suy ra được cac hệ quả cua nó . ́ ̉ - Thiêt lâp biêu thức nội năng của khí lý tưởng thông qua định luật về sự ́ ̣ ̉ phân bố đều động năng theo bậc tự do. - Phân biệt được sự khác nhau giữa khí lý tưởng và khí thực. Từ đó thiết lập được phương trình trạng thái của khí thực. - Nêu được bản chất, nguyên nhân của các hiện tượng khuếch tán, ma sát nhớt, dẫn nhiệt .Vận dụng để giải thích các quá trình vận chuyển trao đổi chât trong cơ thể. ́ - Nêu được bản chất, nguyên nhân của các trạng thái căng mặt ngoài, hiện tượng mao dẫn, vận dung và giải thích được một số hiện tượng liên quan ̣ trong thực tế, đời sống và trong y học
NỘI DUNG  THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VỀ CHẤT KHÍ  KHÍ THỰC  CÁC HIỆN TƯỢNG VẬN CHUYỂN TRAO ĐỔI KHÍ  TRẠNG THÁI CĂNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG  HIỆN TƯỢNG MAO DẪN  CÁC HIỆN TƯỢNG VẬN CHUYỂN
I/-THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VỀ CHẤT KHÍ 1/. Các định luật thực nghiệm về chất khí a. Các khái niệm - Nhiệt độ: Là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ chuyển động hỗn loạn phân tử của các vật . - Nguyên lý thứ không (zero) nhiệt động lực học Từ thực nghiệm cho ta kết luận : “ Khi đặt hai vật (hệ) A và B tiếp xúc với nhau và coi hệ hai vật này là cô lập. Năng lượng E được truyền từ vật có nhiệt độ cao (nóng hơn) sang vật có nhiệt độ thấp, cho đến khi hai vật có nhiệt độ bằng nhau và không trao đổi năng lượng nữa. Lúc đó, hai vật ở trạng thái cân bằng về nhiệt ”.
(Hệ cô lập)
Thực nghiệm cũng cho thấy hai hệ có thể cân bằng nhiệt với nhau ngay cả khi chúng không tiếp xúc trực tiếp với nhau. Kết quả này nằm trong cách phát biểu Nguyên lý thứ không nhiệt động lực học sau : “ Nếu hai vật A và B cân bằng nhiệt với vật thứ ba C thì chúng (Avà B ) cũng cân bằng nhiệt với nhau “
- Dựa vào nguyên lý trên người ta đưa ra một dụng cụ đo nhiệt gọi là Nhiệt biểu. Nhiệt biểu đóng vai trò vật được vật kéo theo sự cân bằng nhiệt cùng vớùi vật và đạt đến nhiệt độ bằng nhiệt độ của vật. • Nhiệt biểu + chia độ = Nhiệt kế • - Nhiệt độ của vật được xác định qua phép đo của một đại lượng vật lý (chiều dài, thể tích, điện trở...) có tương quan đơn trị với nhiệt độ . • VD: Nhiệt kế thủy ngân , rượu
• Thang nhiệt độ • toF = 9/5 toC + 32 (1) 100 212 373 (Hơi nước sôi) • TK = toC + 273 (2) (Nước đá 0 32 273 đang tan) • Ví dụ: Nhiệt độ Fahrenheit tương ứng với -20oC là: Celcius (0C) Fahrenheit (0F) Kelvin( K) toF = 9/5 (-20) +32 = - 4 ( p = 1 atm )
T = 0K = -273oC ( = - 460oF) Laø giôùi haïn döôùi chung cuûa nhieät ñoä.
b. Các định luật thực nghiệm về chất khí – Khí lý tưởng p • Định luật Boyle – Marriotte (1660) Với một khối lượng khí nhất định. Nếu nhiệt độ của T2 khối khí được giữ không đổi T1 V (quá trình đẳng nhiệt ) thì 0 tích số giữa áp suất và thể tích (Caùc ñöôøng ñaúng của khối khí là một hằng số. nhieät) T = const ⇒ pV = const (3)
V - Định luật Gay – Lussac (1802) (quá trình đẳng áp) 0 p = const ⇒ V = const(4) (Đường đẳng áp) T T p - Định luật Charles (1802) (quá trình đẳng tích) P 0 V = const ⇒ = const (5) T T (Đường đẳng tích)
• Các định luật thực nghiệm trên mang tính gần đúng. Ở điều kiện bình thường (phòng thí nghiệm) và chất khí càng đơn giản như He, Ne, H2, O2, ..thì các định luật trên càng chính xác Khí lý tưởng: Là các chất khí hoàn toàn tuân theo 3 định luật trên
c. Phương trình trạng thái của khí lý tưởng Có dạng: f(p,V,T) = 0 Trạng thái (1) → TT(1’) → TT (2) ( p1, V1, T1 ) (p2, V’1, T1 ( p2, V2, T2 ) Trong quá trình đẳng nhiệt từ (1)sang (1’)có: p1V1 = p2V’1 (10) Trong quá trình đẳng áp từ (1’) sang (2) có: V1' V2 (11) = T1 T2
Từ (10) và (11) được: p1V1 = p2V2 (12) T1 T2 pV hay: =const (13) T pV Nghĩa là tỷ số đối với một trạng thái bất kỳ là không đổi. T Theo Avogadro, ở áp suất tiêu chuẩn Po = 1,013.105 N/m2, nhiệt độ To = 273, 13oK thì thể tích của 1 kilomol (kmol) của mọi chất khí đều bằng Voµ = 22,4m3. Từ (12) ta có: pV µ poVoµ = =R T To ⇒ p Vµ = RT (14)
Với R = 8,31.103 J/Kmol.K (=1,98 kcal / mol.K) được gọi là hằng số khí lý tưởng p,Vµ, T: lần lượt là áp suất, thể tích, nhiệt độ của một kilomol khí. Gọi µ(kg) là khối lượng của một kilomol khí có thể tích Vµ m(kg) là một khối lượng khímthể tích V, ta có: V có = Vµ µ (15) Thay Vµ vào (14) ta có: pV = m RT µ (16) (phương trình Clapeyron – Mendeleev)
– Định luật Dalton: Nếu nhiều loại khí được đặt trong một bình chứa thì áp suất của hỗn hợp khí bằng tổng các áp suất riêng phần của mỗi loại chất khí. Aùp suất riêng phần của mỗi loại chất khí chính là áp suất của chất khí đó, khi mình nó chiếm toàn bộ bình chứa. p= pi (17) 1 Với p : áp suất của hỗn hợp khí pi : áp suất riêng phần của chất khí thứ i. Định luật này chỉ áp dụng cho các phân tử của các loại khí không có sự tương tác lẫn nhau về mặt hóa, lý
2. Thuyết động học phân tử về chất khí a. Một số giả thuyết : – Các chất khí có cấu tạo gián đoạn và gồm một số rất lớn các phân tử. – Kích thước của các phân tử là không đáng kể so với khoảng cách giữa chúng với nhau. – Các phân tử là các quả cầu chuyển động hỗn loạn, không ngừng .Năng lượng nhiệt của khối khí chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. – Các phân tử không tương tác lẫn nhau trừ lúc va chạm. Sự va chạm giữa các phân tử với nhau và phân tử với thành bình là hoàn toàn đàn hồi.
b. Phương trình cơ bản của Thuyết động học phân tử (áp suất khí lý tưởng)-Hệ quả - Thiết lập phương trình - Ta tìm lực do một phân tử khí tác dụng lên thành bình. m : khối lượng của phân tử .   v1 , v2 : vận tốc của phân tử trước và Z sau khi va chạm vào thành bình . V ∆S   v1 = v2 : vì va chạm là đàn hồi m y Theo định lý về động lượng thì độ x biến thiên động lượng của phân tử là: t2    (18) mv2 − mv1 = f .dt  t 1 f :lực của thành bình tác dụng lên phân tử khí. t1, t2 : là thời điểm trước và sau khi va chạm
Ta xem lực tác dụng f’ trong thời gian rất bé dt  tương đương một lực trung bình f (cùng phương chiều với f’)không đổi trong suốt thời gian ∆t = t2– t1 thì: - mv  t 2 1   mv2 − mv1 = f dt f’.∆t t1    mv1 mv2 mv2 − mv1 = f .∆t (19) Chiếu (19) lên phương x (trùng phương của f’), ta có: mvx + mvx = f . ∆t 2mvx Hay: f = (20) ∆t
• Theo định luật 3 Newton, phân tử khí cũng đồng thơi tác dụng ngược lại thành bình một lực f = - f ‘cùng phương, ngược chiều và cùng độ lớn:  2mvx f = (21) ∆t - Ta tìm số phân tử đến va chạm vào ∆ S trong khoảng thời gian ∆ t ? • Số phân tử mà vận tốc có cùng hình chiếu Vxi trong khoảng thời gian ∆t có thể đến va chạm vào ∆S là các phân tử nằm trong thể tích: ∆S (vxi∆t). • Gọi ni : là mật độ các phân tử mà vận tốc có hình chiếu vxi. Do tính chất hỗn loạn của chuyển động phân tử thì chỉ có 1/2ni đi về hướng ∆S còn 1/2ni đi theo hướng ngược lại. Vậy số phân tử mà vận tốc có hình chiếu Vx1 đến va chạm vào ∆ S trong khoảng thời gian ∆ t là: (1/2)ni ∆S(vxi ∆t)