tieu luen ve nhiet hoc

Các vật rắn có tính chất khác nhau trong mỗi loại sự phân bố electron và hạt nhân của nguyên tử có đặc điểm riêng.. Ví dụ: Hiệu ứng Hall Spin lượng tử trong Hgte Các nhàvật lí Đức và Mỹ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA VẬT LÝ

Đề Tài:

TÌM HIỂU VỀ SỰ GIÃN NỞ CỦA VẬT CHẤT VÀ

ỨNG DỤNG THỰC TIỄN.

Khoá: 32 Nguyễn Phước

Năm học: 2007_2008 Nguyễn Thuỳ Dung

Nguyễn Thị Minh Thơ

Nguyễn Thanh Dũng

Lớp lý 2 NT_ĐN.

Tp Hồ chí minh Ngày11 tháng 11 năm 2007

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm……….

LÝ DO VÀ MỤC ĐÍCH CHỌN ĐỀ TÀI

I Lý do chọn đề tài.

Vật lý chất rắn có sự ảnh hưởng hết sức to lớn và có tầm quan trọng cao trong tất cả các lĩnh vực khác nhau như :trong kĩ thuật, công nghiệp chế tạo, trong sản suất …vàtrong đời sống hằng ngày xung quanh chúng ta luôn có sự hiện diện của tất cả các loại vật chất như :chất rắn, chất lỏng, chất khí, ngoài ra còn có các dạng khác nữa… Đặc biệt hiện tượng: “Sự giãn nở vì củavật chất” ảnh hưởng mạnh mẽ trong đời sống, ảnh hưởng trực tiếp đến sự tồn tại của con người trong vũ trụ Sự giãn nở đó giúp rất nhiều cho việc chế tạo ra nhiều loại ứng dụng trong thực tiễn làm cho các sản phảm càng đa dạng hơn, đáp ứng nhu cầu cao của đời sống con người ngày nay Bên cạnh mặc lợi thì sự giãn nở cũng đe doạ đến tính mạng con người Thông qua đó giúp chúng ta hiểu rõ và tìm cách hạn chế những thiệt hại mà nó có thể gây ra

Ví dụ: đường ray xe lửa nở ra khi có nhiệt độ cao hay thấp Tháp epphen cao hơn khi vào mùa hạ Sự giãn nở của chất khí làm chất lưu “ thông minh” Ưùng dụng chất lỏng từ đàn hồi cho chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân, động cơ hơi nước, động cơ đốt trong, động cơ tuốc bin khí, động cơ stirling…

II Mục đích.

Có 4 mục đích sau đây:

 Trước tiên, chúng em đều là sinh viên Khoa lí cho nên mục đích đầu tiên chúng em cần đạt được khi nguyên cứu lĩnh vực này là làm sao nắm vững kiến thức và vận dụng kiến thức này vào việc học tập, sao cho đạt hiệu quả tốt nhất, đảm bảo chất lượng học tập tốt nhất

 Thứ hai, chúng em muốn tìm hiểu sâu hơn lĩnh vực , đề tài này để có thể biết được nguyên nhân và việc giải thích các hiện tượng xãy ra liên quan đến đề tài này như thế nào? Chúng luôn diễn ra xung quanh chúng ta và mọi lúc, mọi nơi

 Thứ ba, chúng em muốn thực hiện đề tài này với hi vọng sẽ góp phần nào đó để cũng cố, bổ sung kiến thức cho các bạn khác cùng nhau học tốt chuyên mục này

 Cuối cùng, Biết được nguyên nhân ảnh hưởng trực tiếp tương lai của vũ trụ nói chung và con người nói riêng

LỊCH SỬ NHIỆT HỌC

Trái với nhiều chuyên ngành vật lý khác, bộ mơn nhiệt động học mới chỉ xuất hiện cách đây chưalâu Những nghiên cứu đầu tiên mà chúng ta cĩ thể xếp vào ngành nhiệt động học chính là nhữngcơng việc đánh dấu và đo nhiệt độ, lần đầu tiên được thực hiện bởi nhà khoa học người Đức Gabriel Fahrenheit (1686-1736) - người đã đề xuất ra thang đo nhiệt độ đầu tiên mang tên ơng Trong thang nhiệt này, 32 độ F và 212 độ F là nhiệt độ tương ứng với thời điểm nĩng chảy của nước đá và sơi của nước Nhà bác học Thụy Sĩ Anders Celsius (1701-1744) cũng xây dựng nên một thang đo nhiệt độ đánh số từ 0 đến 100 mang tên ơng dựa vào sự giãn nở của thủy ngân.Những nghiên cứu tiếp theo liên quan đến quá trình truyền nhiệt giữa các vật thể Nếu như nhà bác học Daniel Bernoulli (1700-1782) đã nghiên cứu động học của các chất khí và đưa ra liên hệ giữa khái niệm nhiệt độ với chuyển động vi mơ của các hạt Ngược lại, nhà bác học Antoine Lavoisier (1743-1794) lại cĩ những nghiên cứu và kết luận rằng quá trình truyền nhiệt được liên

hệ mật thiết với khái niệm dịng nhiệt như một dạng chất lưu

Tuy nhiên, sự ra đời thật sự của bộ mơn nhiệt động học là phải chờ đến mãi thế kỉ thứ 19 với tên của nhà vật lý người Pháp Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832) cùng với cuốn sách của ơng

mang tên "Ý nghĩa của nhiệt động năng và các động cơ ứng dụng loại năng lượng này" Ơng đã

nghiên cứu những cỗ máy được gọi là động cơ nhiệt: một hệ nhận nhiệt từ một nguồn nĩng để thực hiện cơng dưới dạng cơ học đồng thời truyền một phần nhiệt cho một nguồn lạnh Chính từ đây đã dẫn ra định luật bảo tồn năng lượng (tiền đề cho nguyên lý thứ nhất của nhiệt động học),

và đặc biệt, khái niệm về quá trình thuật nghịch mà sau này sẽ liên hệ chặt chẽ với nguyên lý thứ hai Ơng cũng bảo vệ cho ý kiến của Lavoisier rằng nhiệt được truyền đi dựa vào sự tồn tại của một dịng nhiệt như một dịng chất lưu

Những khái niệm về cơng và nhiệt được nghiên cứu kĩ lưỡng bởi nhà vật lý người Anh James Prescott Joule (1818-1889) trên phương diện thực nghiệm và bởi nhà vật lý người Đức Robert von Mayer (1814-1878) trên phương diện lý thuyết xây dựng từ cơ sở chất khí Cả hai đều đi tới một kết quả tương đương về cơng và nhiệt trong những năm 1840 và đi đến định nghĩa về quá trình chuyển hố năng lượng Chúng ta đã biết rằng sự ra đời của nguyên lý thứ nhất của nhiệt động học là do một cơng lao to lớn của Mayer

Nhà vật lý người Pháp Émile Clapeyron (1799-1864) đã đưa ra phương trình trạng thái của chất khí lý tưởng vào năm 1843

Tuy nhiên, chỉ đến năm 1848 thì khái niệm nhiệt độ của nhiệt động học mới được định nghĩa mộtcách thực nghiệm bằng kelvin bởi nhà vật lý người Anh, một nhà quí tộc cĩ tên là Sir William Thomson hay cịn gọi là Lord Kelvin (1824-1907) Chúng ta khơng nên nhầm lẫn ơng với nhà vật

lý cùng họ Joseph John Thompson (1856-1940), người đã khám phá ra electron và đã phát triển

lý thuyết về hạt nhân

Nguyên lý thứ hai của nhiệt động học đã được giới thiệu một cách gián tiếp trong những kết quả của Sadi Carnot và được cơng thức hố một cách chính xác bởi nhà vật lý người Đức Rudolf Clausius (1822-1888) - người đã đưa ra khái niệm entropy vào những năm 1860

Những nghiên cứu trên đây đã cho phép nhà phát minh người Tô Cách Lan James Watt 1819) hoàn thiện máy hơi nước và tạo ra cuộc cách mạng công nghiệp ở thế kỉ thứ 19.

(1736-Cũng cần phải nhắc đến nhà vật lý người Áo Ludwig Bolzmann (1844-1906), người đã góp phần không nhỏ trong việc đón nhận entropy theo quan niệm thống kê và phát triển lý thuyết về chất khí vào năm 1877 Tuy nhiên, đau khổ vì những người cùng thời không hiểu và công nhận, ông

đã tự tử khi tài năng còn đang nở rộ Chỉ đến mãi về sau thì tên tuổi ông mới được công nận và người ta đã khắc lên mộ ông, ở thành phố Vienne, công thức nổi tiếng W = k.logO mà ông đã tìmra

Riêng về lĩnh vực hoá nhiệt động, chúng ta phải kể đến tên tuổi của nhà vật lý Đức Hermann von Helmholz (1821-1894) và nhà vật lý Mỹ Willard Gibbs (1839-1903) Chính Gibbs là người đã cónhững đóng góp vô cùng to lớn trong sự phát triển của vật lý thống kê

Cuối cùng, để kết thúc lược sử của ngành nhiệt động học, xin được nhắc đến nhà vật lý người Bỉ gốc Nga Ilya Prigonine (sinh năm 1917) - người đã được nhận giải Nobel năm 1977 về những phát triển cho ngành nhiệt động học không cân bằng

A SỰ GIẢN NỠ VÌ NHIỆT CỦA CHẤT RẮN.

PHẦN ĐẦU: PHÉP ĐO NHIỆT ĐỘ :

Chúng ta ngày nay đều thấy việc đo nhiệt độ thật đơn giản : dùng nhiệt kế cho tiếp súc nhiệt với vật muốn đo, sau 1 thời gian nào đó, ta đọc giá trị trên nhiệt kế Như vậy muốn đo nhiệt độ cần phải có nhiệt kế Trong lịch sử, người ta phải trải qua quátrình nguyên cứu dài mới có nhiệt kế như ngày nay

Năm 1592, Galibeo Galilei chế tạo một dụng cụ để đo nhiệt độ lần đầu tiên trên thế giới Nó gồm 1 bình cầu hình thuỷ tinh có gắn 1 vòi nhỏ hở để có thể nhúng vòi này vào nước Muốn đo nhiệt độ vật nào thì cho tiếp xúc vật đó với bình cầu, không khí trong bình cầu sẽ nóng lên và giãn nỡ thoát 1 phần ra ngoài Sau đó cắm vòi nhỏ vào nước, không cho bình cầutiếp súc với vật muốn đo nữa, khi đó nó sẽ lạnh đi thể tích khí co lại nước dâng lên nhiều hay

ít ta biết nhiệt độ của vật muốn đo cao hơn nhiệt độ môi trường nhiều hay ít

Vậy với dụng cụ đơn giãn như vậy ta không thể biết được nhiệt độ là bao nhiêu

Vì vậy dụng cụ đo nhiệt độ như trên thực chất làmột nhiệt nghiệm thôi, tức là dụng cụ để so sánh sự nóng lạnh giữa hai vật, nhưng chưa biết nhiệt độ một cách định hướng Muốn biến nhiệt nghiệm thành nhiệt kế ta cần có thang đo nhiệt độ gọi là nhiệt giai, tức cần quy ước những nhiệt độ cố định làm chuẩn (một điểm ứng với nhiệt độ cao và một điểm ứng với nhiệt độ thấp) giữa hai điểm này lại quy ước chia làm bao nhiêu phần Tuỳ theo cách chọn điểm chuẩn, và chia khoảng cách giữa các điểm chuẩn, ta có thang chia nhiệt độ khác tức nhiệt giaikhác nhau

Kenvin:

Thang nhiệt độ rất cao ( 320F -> 2120F) thang nhiệt độ F do Fahrenheit một người thợ thuỷ tinh Đức chế tạo Ôâng đã chế tạo ra nhiều nhiệt kế sử dụng rượu ( 1709) và thuỷ ngân ( 1714)trong đó 320F là nhiệt độ của nước đá, 2120F là nhiệt độ sôi của nước Thang nhiệt độ này được dùng nhiều ở Anh, Mỹ, Đức và một số nước khác nói tiếng Anh

Reaumur:

Thang nhiệt độ R ( 00R -> 800R) do nhà Động vật học và Vật lý học người pháp Reaumur chế tạo ở pháp 1730 được dùng nhiều ở pháp, ý Oâng lấy nhiệt của nước đá làm điểm 00c và lấy giá trị của 10 trên thang chia là nhiệt độ ứng với dãn nở của rượu thêm 1/ 1000 thể tích của nó Với giá trị như vậy, ông xác định nhiệt độ sôi của nước là 800c

Celaus:

Thang nhiệt độ t0C (00C -> 1000C) thang nhiệt độ do Celaus nhà thiên văn người Thuỵ Điểnchế tạo Ông đã làm một loạt thí nghiệm để kiểm tra các điểm cố định của thang đo nhiệt độ Reaumus Ông đã tiến hành thí nghiệm trong 2 năm liền và công bố kết quả vào năm 1742 các thí nghiệm của ông được tiến hành nhiều điều kiện thời tiết khác nhau và với nhiều áp xuất khí quyển khác nhau Ông nhận thấy rằng nhiệt độ của nước đá, của nước đang tan đúnglà một điểm cố định, nhưng nhiệt độ sôi của nước thì phụ thuộc vào áp xuất khí quyển cuối cùng ông đã nghĩ một thang đo sau

• 1000C nhiệt độ nóng chảy của nước đá

• 00C là nhiệt độ của nước ở áp xuất 760 mmHg

Nhà thực vật học Linne, người Thuỵ Điển khi dùng thang đo này đã đổi lại thành

• 00C nhiệt độ nóng chảy của nước đá

• 1000C là nhiệt độ của nước ở áp xuất 760mmHg

Nhiệt độ của vật chất có thể không hạn chế nhưng nó không thể giảm mãi được Nhiệt độ thấp nhất là nhiệt độ Kenlvin (00K) không tồn tại nhiệt độ dưới nhiệt độ Kenlvin Nói cách khác, không có độ Kenlvin âm ( vì thế nhiệt độ theo thang Kelvin còn gọi là nhiệt tuyệt đối Một vài nhiệt độ theo Kenlvin:

Nhiệt độ( K)

Vũ trụ khi bắt đầu hình thành( cách đây khoảng 15 tỉ năm) 1039

Nhiệt độ cao nhất thực hiện được bằng thí nghiệm(1990) 109

Hơi nước đang sôi( ở áp suất chuẩn ) 373

Nhiệt độ cao nhất mà các trạm khí tượng ở Trái Đất đo được 330

Nhiệt độ thấp nhất mà các trạm khí tượng ở Trái Đất đo được 184

Nước đá đang tan( ở áp suất chuẩn ) 273

Nhiệt độ thấp nhất thực hiện được bằng thí nghiệm(1995) 0.000017

Trên bảng mô tả một số khoảng nhiệt độ được xác định từ trước đến nay

Cách đây khoảng10-20 tỷ năm, khi được hình thành, nhiệt độ của vũ trụ cỡ 1039K Sau vụ nổ lớn ( big bang) vũ trụ nở ra và nhiệt độ hạ xuống

Ví dụ: Sau 10-12s nhiệt độ còn 1016K, sau 3 phút còn 5.108K và đến nay nhiệt độ trung bình cở 3K (-2700c) sở dĩ chúng ta sống được trên trái đất là do được mặt trời sưởi ấm Nếu không có mặt trời sự sống không tồn tại

PHẦN HAI: NỘI DUNG VỀ CẤU TẠO CỦA VẬT RẮN

I CẤU TẠO CỦA VẬT RẮN VÀ MẠNG TINH THỂ.

Ii Cấu tạo của vật rắn.

Các vật rắn kết tinh, các nguyên tử hoặc phân tử xắp xếp một cách có trật tự, tuần hoàn trong không gian Các vật rắn có tính chất khác nhau trong mỗi loại sự phân bố electron và hạt nhân của nguyên tử có đặc điểm riêng Do đó để khảo sát tinh thể vật rắn, ta phải nguyên cứu một hệ số rất lớn nguyên tử và electron

Tính chất vật phụ thuộc vào nhiều bản chất cấu tạo liên kết Lực liên kết trong tinh thể hầu như đựơc bảo đảm bởi lực tương tác tĩnh điện giữa 2 mạng điện âm và các hạt nguyên tử mang điện dương

Lực này được thể hiện dưới các dạng khác nhau Lực tương tác trao đổi

Lực Vanđevanxơ Liên kết đồng hoá Liên kết ion Liên kết kim loại

Căn cứ vào các dạng liên kết người ta phân loại vật rắn thành các loại:

• Tinh thể ion

• Tinh thể cộng hoá trị

• Tinh thể phân tử

• Tinh thể có liên kết hiđro

1 Tinh thể ion

Tinh thể ion được tạo thành bởi ion dương và âm nằm sang kẽ với nhau Bản chất liên kếtion là lực tương tác tĩnh điện giữa các ion mang điện trái dấu

Ví dụ: Tinh thể muối của kim loại kiềm hoặc kim loại kiềm thổ với Halogen là tinh thể ion.Tinh thể muối ăn NaCl, khí Litiflorua(LiF), Cesiclorua( CsCl) chúng được tạo thành từ các ion dương kim loại ( Na+,Li+,Cr+) và các ion âm ( Cl-, F-) Những ion này hình thành từ các nguyên tử trung hoà khi 1 electron chuyển nguyên tử kim loại sang nguên tử Halogen Các ion này có lớp vỏ electron ngoài cùng đặt trưng cho các nguyên tử khí trơ vì chúng đầy electron ( He:1s2, Ar:1s22s22p6) Giống như các khí trơ, các điện tích trong ion có tính đối xứng cầu

Trong tinh thể sự đối xứng này bị biến dạng ở chổ các nguyên tử âm cận kề sát nhau.Để cho các nguyên tử nằm cân bằng trong tinh thể, bên cạnh lực liên kết ( có tính hút cácnguyên tử) Các ion trong tinh thể có cấu tao electron giống như nguyên tử khí trơ vậy, lực đẩy giữa chúng giống như lực đẩy giữa các nguyên tử khí trơ Với các nguyên tử này, sự phân bố điện tích electron bên trong nguyên tử giới trong một quả cầu cứng Do sự giới hạn về không gian, theo nguyên lí bất định Heisenberg động năng của electron tăng lên Sự tăng năng lượng khi quả cầu bị nén Chính sự giới hạn điện tích e trong quả cầu cứng là một thànhphần của lực đẩy giữa các nguyên tử trong tinh thể Đóng góp quan trọng hơn nữa vào lực đẩy là sự phủ nhau của đám mây electron của hai nguyên tử đặt gần nhau

Khoảng cách giữa hai nguyên tử càng giảm, các đám mây càng phủ nhau nhiều và năng lượng tĩnh điện của hệ biến đổi đi Ở những khoảng cách đủ nhỏ, năng lượng tương tác do sự phủ của các đám mây electron gây ra nên năng lượng đẩy.

Đối với các nguyên tử có lớp vỏ electron đầy thì năng lượng tương tác luôn là năng lượng đẩyvới mọi khoảng cách mà chủ yếu là do tác dụng của nguyên lý Paoli

Theo nguyên lý này, hai electron không thể có cùng các lượng tử giống nhau Như vậy hai electron không thể cùng một trạng thái lượng tử Khi các đám mây electron của hai nguyên tử A và B phủ nhau, thì electron của nguên tử có xu chiếm một tần các trạng thái trong nguyên tử A đã bị các electron của electron nguyên tử này chiếm và ngược lại

Kết quả là sự phủ nhau của các đám mây electron làm tăng thêm năng lượng toàn phần củahệ hay nói cách khác nó làm xuất hiện lực đẩy

Dựa vào kết quả thực nghiệm, người ta thấy có thể mô tả thế năng đẩy của các nguyên tửkhí trơ bằng biểu thức

V= B/R12

B: hằng số dương

R: khoảng cách giữa các hạt nhân nguyên tử

Các tinh thể ion dẫn điện kém ở nhiệt độ thấp và dẫn điện tốt ở nhiệt độ cao Các hạt tải điện trong trường hợp đó là ion

Tinh thể ion hấp thụ mạnh các bức xạ trong dãi hồng ngoại

2 Tinh thể cộng hoá trị

Liên kết cộng hoá trị được tạo thành bởi các cặp electron có Spin đối song Đó là loại liên kết mạnh mặc dù là liên kết giữa các nguyên tử trung hoà

Ví dụ: Tinh thể kim cương ( c) và các tinh thế Ge, Si có cấu trúc giống như kim cương

Trong tinh thể này, mỗi nguyên tử nằm ở tâm một tứ diện tạo thành 4 nguyên tử gần nó nhất

Giữa các lỗ nguyên tử cạnh nhau, có một mối liên kết cộng hoá trị 2 electron từ 2 nguyêntử tạo thành Hai electron này có Spin đối song

Liên kết cộng hoá trị có phương hướng rõ, khác nhau với kiên kết ion trong đó electron hóa trị chủ yếu định xứng quanh các ion

Theo nguyên lý Paoli, các nguyên tử có lớp vỏ electron đầy thì đẩy nhau Nguyên tử C, Ge,

Si còn thiếu 4 electron mới tạo thành lớp vỏ đầy, nên nguyên tử này lại có thể hút nhau do sựphủ nhau của các lớp vỏ electron

Ví dụ: Hiệu ứng Hall Spin lượng tử trong Hgte

Các nhàvật lí Đức và Mỹ vừa lần đầu tiên quan sát thấy những dấu hiệu đầu tiên về một hiện

tượng chất rắn bất thường gọi là Hiệu ứng Hall spin lượng tử (Quantum spin Hall effect - QSHE), trong đó dòng điện tử phân cực Spin ở tại rìa của chất cách điện có thể trở thành điện

tử dẫn điện.Các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy sự dẫn điện ở rìa trong các tấm thủy ngân telua (HgTe) mặc dù trên thực tế họ khơng thể khẳng định chắc chắn rằng các điện tử ở rìa cĩ phải là spin phân cực hay khơng QSHE là một hiệu ứng rất lý thú bởi nĩ sẽ cực kỳ hữu ích cho việc tạo

ra các linh kiện spintronic, khai thác đồng thời hai thuộc tính của điện tử: điện tích và spin

Bất kỳ ai học qua các giáo trình cơ sở vật lý đều rất quen thuộc với hiệu ứng Hall cổ điển, mà ở

đó các điện tử chuyển động trong các tấm mỏng bị dịch chuyển về 2 rìa của mẫu khi có mặt của

từ trường do tác dụng của lực Lorentz Điều này tạo ra sự mất cân bằng về điện tích, dẫn đến việcsinh ra một hiệu điện thế ngang qua mẫu vật Năm 1999, các nhà vật lý đã lần đầu tiên chỉ ra các

bằng chứng về "Hiệu ứng Hall spin" mà trong đó các điện tử mang spin up và spin down bị lệch

về 2 phía đối diện của một tấm bán dẫn và kết quả là tạo ra sự phân tách spin, và tạo ra một dòng spin vuông góc với chiều của dòng điện

Hiệu ứng Hall spin lượng tử (QHSE) là một hiện tượng tương ứng (giống như hiệu ứng Hall lượng tử quan hệ tương ứng với hiệu ứng Hall cổ điển) mà được giả thiết xảy ra không phải ở cácvật dẫn, nhưng trong một số các mẫu điện môi rất mỏng Nó bao gồm các điện tử spin up dẫn điện dọc theo một rìa của điện môi cùng với các điện tử spin down dọc theo một rìa khác Băng

dù trên toàn khối là điện môi, nhưng tính dẫn điện có thể đạt được ở các rìa do sự tương tác giữa spin với mômen động lượng quyõ đạo của điện tử (tương tác spin - quỹ đạo) làm giảm độ rộng vùng cấm (khe năng lượng giữa vùng dẫn và vùng hóa trị) cho đến 0 đối với các điện tử phân cựcspin

Mơ hình hiệu ứng Hall spin lượng tử

Ví dụ: Liên kết cộng hoá trị là liên kết giữa hai nguyên tử trong phân tử H2

Nếu 2e có Spin đối song, hai nguyên tử liên kết rất mạnh, tạo thành phân tử Hiđro bền vững

Nếu hai nguyên tử có Spin song song, theo nguyen lí Paoli, khi có sự phủ nhau của các đám mây electron, giữa hai nguyên tử xuất hiên lực đẩy

Phần năng lượng tương tác tỉnh điện giữa các e có giá trị phụ thuộc vào sự định hướng tương đối của Spin gọi là năng lượng trao đổi, lực tương tác ứng với nó là lực tương tác trao đổi

Các tinh thể cộng hoá trị có độ cứng cao và dãn điện kém ở nhiệt độ thấp

Nếu coi tinh thể cộng hóa trị và tinh thể ion là øtinh thể giới hạn thì giữa chúng còn có hàng loại tinh thể trong đó có tính chất trung gian

Sự phân bố không gian của electron hoá trị phụ thuộc mức độ liên kết

Tinh thể kim loại:

Trong tinh thể kim loại, electron hoá trị không định xứ ở các nguyên tử mà phân bố trong tinh thể và là chung cho cả tinh thể

Những electron này có thể chuyển động tự do trong tinh thể nên được gọi là electron tự

do Mật độ electron tự do tương đối lớn, cùng bậc với mật độ nguyện tử (1022cm-3) vì trung bình mỗi nguyên tử đóng góp một vài electron tự do cho tinh thể Chúng tạo thành đám mây electron trong tinh thể

Chính sự tương tác giữa hai đám mây electron mang điện âm với các ion dương được sắp xếp đều đặn tạo nên lực liên kết các nguyên tử thành tinh thể

Lực này thắng lực đẩy tĩnh điện giữa các ion dương-> tinh thể bền vững

Các tinh thể kim loại dẫn điện tốt, dẫn nhiệt tốt và có độ dẻo cao

3 Tinh thể khí Nitơ và tinh thể phân tử:

Tinh thể khí nitơ được cấu tạo từ các nguyên tử khí trơ Những nguyên tử này có lớp e ngoài cùng hoàn toàn nay Ở những nguyê tử tự do, phân bố electron có dạng đối xứng cầu,

lực liên kết trong tinh thể khí nitơ la ølực Vande Vanxơ Đây là lực tương tác giữa các nguyên tử trung hoà và có tác dụng ở khoảng cách lớn

Lực Vande Vanxơ cũng là lực liên kết chủ yếu trong phân tử, tức là các tinh thể mà ở cácnút mạng có các phân tử trung hoà Hiđrô,Clo,Co2 và nhiều hợp chất hữu cơ, khi hoá rắn tạothành tinh thể phân tử

Tinh thể khí trơ và tinh thể phân tử có nhiệt độ nóng chảy thấp và dễ bị nén

4 Tinh thể có liên kêt hiđrô:

Nguyên tử trung hoà có 1 electron Sự hình thành phân tử nhờ liên kết Hiđrô, electron của nguyên tử Hiđrô liên kết với một nguyên tử, còn lại proton thì liên kết với nguyên tử thứ hai, nguyên tử Hiđrô liên kết với hai nguyên tử, mặc dù electron của nó chỉ tham gia vào một liên kết cộng hoá trị

Liên kết hiđrô đóng vai trò quan trọng trong các hợp chất có chứa Hiđrô cùng với các nguyên tố á kim như :F, O, N, Cl, S,C nó gây nên sự kết hợp các phân tử, sự polime hoá, nó tồn tại và đóng vai trò trong các tinh thể, các chất Abumin và các cơ thể sống

Iii Mạng tinh thể.

Trong các vật rắn, nguyên tử phân tử được xắp xếp một cách đều đặn, tuần hoàn trong không gian tạo thành mạng tinh thể Tinh thể là lí tưởng là tinh thể trong đó sự xắp xếp giữa các nguyên tử, phân tử là hoàn toàn tuần hoàn

Có thể xây dựng nên tinh thể bằng cách lập lại trong không gian theo một quy luật nhất định các đơn vị cấu trúc giống nhau gọi là các ô sơ cấp Các tinh thể đơn giản như tinh thể đồng, bạc, tinh thể kim loại kiềm, mỗi ô sơ cấp chỉ chứa một nguyên tử

Ởcác tinh thể phức tạp, mỗi ô sơ cấp có chứa nhiều nguyên tử, phân tử

Để mô tả câu trúc tinh thể, ta xem như nó gồm các ô sơ cấp lập lại tuần hoàn trong không

gian Gắn với mỗi đỉnh của ô sơ cấp là một nhóm các nguyên tử Nhóm nguyên tử đó gọigốc

Tinh thể lí tưởng có thể xem như gồm nguyên tử phân bố trong mạng không gian

Mạng không gian được xây dựng từ 3 vectơ a1,a2, a3 gọi là 3 vectơ tịnh tiến cơ sở

Chúng có tác dụng là khi khảo sát tinh thể từ một đặc điểm tuỳ ý có bán kính vectơ r, ta thấy nó giống như khi ta khảo sát nó từ đặc điểm có bán kính vectơ r’

R’= r + n1a1+ n2a2+ n3a3

Trong đó: n1, n2, n3 thuộc số nguyên

Tập hợp các đặc điểm có bán kính vectơ r’ xác định theo với các giá trị khác nhau của n1,

n2, n3 lập thành mạng không gian Các đặc điểm đó gọi là nút của mạng không gian

Hình hộp được tạo thành từ 3 vectơ cơ sở chính là ô sơ cấp

● ● ● ● ●

a2 ● ● ● ● ●

a1 a2 ● ● a1 ● ● ●

a2 ● ● a1 ● ● ●

1 Các tính chất đối xứng của mạng không gian. Điểm cơ bản của mạng không gian là tính chất đối xứng của nó  Mạng không gian có tính chất đối xứng tịnh tiến Ta thực hiện một phép dịch chuyển toàn bộ mạng không gian đi một vectơ R gọi là vectơ tịnh tiến R= n1a1+ n2a2+ n3a3 Sau phép dịch chuyển này, toàn bộ mạng khôgn có gì thây đổi  Mạng không gian có tính chất đối xứng với phép quanh một số trục xác định Ta xét mạng vuông hai chiều Có thể coi như hình chiếu của mạng không gian là phía trên và phía dưới của mặt phẳng hình vẽ, ta có những mạng vuông giống hệt như vậy Khi quay mạng một Π/2 quanh trục vuông góc với mặc phẳng đi qua một nút mạng thì mạng lại trùng với chính nó

● ● ● ● ●

● ● ● ● ●

Π/2 ● ● ● ● ●

● ● ● ● ●

Mạng không gian có đối xứng nghịch đảo

Phép nghịch đảo và phép biến đổi, trong đó vectơ vị trí đổi dấu: vectơ r biến thành vectơ -r mạng không gian có tâm đối xứng

 Mạng không gian có thể đối xứng với phép phản xạ qua một số mặt phẳng Phép nghịchđảo chính gồm một phép quay góc Π và phản xạ qua mặc phẳng vuông góc với trục và đi quatâm đối xứng 0.

M là mặt phẳng phản xạ C là trục quay góc Π

Nghịch đảo

Phản xạ 0

2 Các hệ tinh thể.

 Hệ lục giác

 Hệ tam tà

 Hệ đơn tà

Tâm mặt đáy Đơn giản

 Hệ thoi trực giao





 Đơn tà tâm mặt đáy tâm khối tâm mặt

 Hệ tứ giác

 Hệ lập phương

3 Cấu trúc tinh thể.

lập phương lập phương tam khối

Ta có cấu trúc thực của tinh thể nếu ta đặc nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử vào mỗi nút mạng hoặc gần mỗi nút mạng

Trong các tinh thể phân tử, ở mỗi nút mạng là một phân tử có chứa hàng chục, có khi hàng trăm nguyên tử Nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử như vậy gọi là gốc Do đó có thể

viết một cách tượng trưng: mạng không gian + gốc = cấu trúc tinh thể Vì lí do đó, cấu trúc tinh thể có thể có những yếu tố đối xứng , mà mạng không gian không có đó là các trục

xoắc ốc và mặc phẳng trược

II Tính chất nhiệt của vật rắn.

IIi Dao động chuẩn của mạng tinh thể

Các nguyên tử trong vật rắn thực hiện dao động quanh vị trí cân bằng của mình Do chúng tương tác với nhau mạnh, dao động này rất phức tạp

Thay cho việc mô tả từng hạt riêng lẽ người ta khảo sát sự chuyển động của cả hệ trong tinh thể như là chuyển động của một hệ được sắp xếp một cách đều đặn trong không gian Cơ sở của việc đơn giãn hoá này là ở chỗ các lực liên kết giữa các hạt trong hệ mạch, dao động xuấthiện ở một hạt sẽ nhanh chóng truyền đến các hạt bên cạnh bằng cách đó trong tinh thể xuất hiện chuyển động của tất cả các hạt trong hệ dưới dạng sóng đàn hồi Chuyển động này đồng này của hệ được gọi là dao động chuẩn Số dao động chuẩn có thể xuất hiện trong mạng bằng số bậc tự do của các hạt có trong tinh thể tức 3N ( N là số hạt trong tinh thể)

chất ΦK chất ΦK chất ΦK chất ΦK chất ΦK

Dao động mạng một chiều có hai loại 1 loại nguyên tử

2 loại nguyên tử

IIii Hàm mật độ của dao động.

Khảo sát sự phân bố của dao động chuẩn theo tần số Khảo sát các trường hợp dao động của mạng một chiều đơn giãn

Trong mạng này, có thể xuất hiện các dao động có bức sóng

λ n =2L/n ( n=1,2,3…N)

Với chiều dài mạng L=Na

Số các dao động có bước sóng bằng hoặc lớn hơn λ n là L: λn/2

Tương tự, số các sóng đứng có trong tinh thể ba chiều cạnh L thể tích v=L3 sẽ có bước sóng lớn hơn hoặc bằng λsẽ là ( 2L/ λ )3=8V/ phép tính chính xác cho biểu thức là 4 ΠV/ λ 3 Ngoài ra λ =2 Π V/w nên toàn bộ số sóng đứng trong tinh thể là VW3/2 λ2V3.

Lấy vi phân biểu thức => số dao động với tần số nằm trong khoảng từ W đến W+dWg(w).d(w)=3V.W2.dw/2 Π 2V3.

Với n là nồng độ và n= N/V

Wđ được gọi là tần số Đêbai Nhiệt độ Φ= h.wđ/k gọi là nhiệt độ bêbai

Bảng đo nhiệt độ của một số chất

Đến nhiệt độ Φ, tất cả các dao động kể cả dao động với tần số cực đại(wđ) vật rắn đều được kích thích Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ, không thể làm xuất hiện thêm dao động chuẩn với tần số khác nữa, mà chỉ làm tăng thêm mức độ dao động của mỗi dao động dẫn đến làm tăng lượng trung bình của chúng

Nhiệt độ T > Φ được gọi là nhiệt độ cao

Hàm phân bố có công thức:

g(w) = 9NW 2 /W 3

đ.

 Khi dao động tinh thể luôn có một năng lượng của dao động mạng được gọi là phonon Để hiểu rõ phonon là gì? Chúng ta đi phân tích:

Có năng lượng: &ph = hw = hV

Xung lượng: pph = IW/V = h/ λ

Với V vận tốc âm, λ là bước sóng của dao động âm đàn hồi.

Phonon cũng tuân theo hàm phân bố Bozo_Anhtanh

f(E) = 1/(e&ph/KT – 1)

Từ hàm phân bố f(E) cho biết số phonon có trong năng lượng &ph = h&

=> Năng lượng trung bình của dao động chuẩn được kích thích có tần số w

Trong đó: g(w) là hàm mật độ

dw là số gia của tần số

IIiii Nhiệt dung CV của mạng tinh thể.

KT/h kT/h

W = KT/h ~ ∫g(w).d(w) ~ ∫ w2.dw ~ T3

Vậy khi tăng nhiệt độ thì số các dao động được kích thích tỷ lệ với luỹ thừa bậc 3 của nhiệt đối Khi tăng nhiệt độ làm cho năng lượng toàn phần của mạng tăng theo 2 cơ chế.Năng lượng trung bình E của mỗi dao động tăng tỷ lệ với T.

Số dao động được kích thích tăng tỷ lệ T3

Kết quả là năng lượng của mạng tinh thể tăng theo nhiệt độ theo quy luật T4 và nhiệt dung

CV tăng theo quy luật T3

CV ~ T3

 Trong vùng nhiệt độ cao ( T > Φ)

Khi nhiệt độ đạt đến một giá trị nhiệt Debai, thì dù tăng nhiệt độ đến đâu thì cũng không làm tăng số dao động Vì thế trong vùng nhiệt độ cao sự thay đổi năng lượng của mạng chỉ cóthể do sự tăng mức độ kích thích dao động, làm tăng năng lượng trung bình vì:

E ~ T nên E ~ T Do đó CV= dE/dT = const

 Quy luật CV ( T) từ các phép tính định lượng

Năng lượng toàn phần của mạng là

 Ơû vùng nhiệt độ thấp ( T<< Φ)

T/Φ

Φ/T

∫ x3dx/ex – 1) = Π4/15 0

E = 3Π4NKΦ(T/Φ)4 / 5 ~ T4

Và CV = dE/ dT = 12Π4NK(T/Φ)3 / 5 ~ T3

Đó là định luật đebai _ quy luật T3 của nhiệt dung ở nhiệt thấp

 Ơû vùng nhiệt độ cao Khai triển ex theo x và chỉ giới hạn ở 2 số hạn đầu:

Ex = 1+x+……

Φ/T

E = 9NKΦ(T/Φ)4 ∫x2dx = 3NKT ~ T

0

 Nhiệt dunh riêng của mạng tinh thể

CV = dE/dT = 3NK= const

Với 1 mol chất có 1 nguyên tử: NA = 6.06.10-23 mol-1

NAK = R~ 8.3 J/MOL.độ, thì CV= 3R J/mol.độ

Hệ thức này là định luật Đuylông_ pơti do ông thiết lập năm 1819

III Sự nở, dẫn nhiệt của chất rắn

IIIi Sự nở vì nhiệt của vật rắn

Vật rắn nói chung đều tăng kích thước khi nhiệt độ của vật tăng nguyên nhân của hiện tượng đó là khoảng cách giữa các hạt trong mạng tinh thể tăng lên khi nhiệt độ của vật

Để giải thích hiện tượng trên ta dựa vào đồ thị tổng thế So với trạng thái khí và lỏng thì trạng thái rắn của một chất tồn tại ở nhiệt độ thấp hơn vì thế đồ thị tổng thế năng, đường biểudiễn năng lượng toàn phần E của hạt ở các nút mạng tinh thể nằm trong phạm vi hố thế năng

Ví dụ: đoạn nằm ngang IK, do đó các hạt trong vật rắn hấu như chỉ dao động hỗn loạn quanh vị trí cân bằng là nút mạng, giả sử ở nhiệt độ t1, đoạn nằm ngang IK biểu thỉ mức năng

R1= OM=(OA+OB)/2, ở đây M là điểm giữa của AB

Khi tăng nhiệt độ đến t2 ( t2-> t1) động năng trung bình giũa các hạt tăng lên làm cho năng lượng toàn phần của hạt tăng lên nên đường biểu diễn I’K’, của nó ở đồ thị nằm cao hơn đường cũ của IK Mặc khác về đường cong hố thế năng không đối xứng, phần bên trái choải ra hơn nên khoảng cách trung bình giữa hai hạt kề nhau sẽ tăng lên Đó là R2 =

ON=(OA’+OB’)/2 ở đây N là điểm giữa của A’B’ và R2>R1 điều đó giải thích việc tăng kích thước của vật rắn khi nhiệt độ tăng

 Sự giãn nở vì nhiệt được phân biệt thành giãn nở dài

a Giãn nở dài

Giãn nở dài là giãn nở một thứ nguyên vật rắn Giả sử ta có một vật rắn dài mà kích thước dài của nó vượt trội rất nhiều kích thước ngang của nó bây giờ ta khảo sát sự giãn nở nhiệt theo chiều dài của vật, ký hiệu độ dài của vật rắn ở 00c là lo, sau khi vật rắn được đun nóng đến t0c, thì nó dài thêm một đoạn làl, thì thực nhiệm cho ta kết quả: l= a.lo.t

Trong đó a là hệ số nở dài của chất tạo nên vật rắn Gọi lt là độ dài của vật ở nhiệt độ t thì:

lt = lo + l = lo(1+at)

Vậy độ dài vật rắn tăng tỷ lệ bậc nhất với nhiệt độ t

Thực ra hệ số giãn nở dài a phụ thuộc ít nhiều vào nhiệt độ, song không nhiều nên ta có thể coi a là không đổi đối với chất đã cho Đối với các vật rắn trị số của a là rất bé, nó vào khoảng 10-5 hay 10-6 độ-1

b Giãn nở khối

Giản nở khối là giản nở thể tích của vật rắn để đơn giản, ta khảo sát sự giản nở nhiệt của một khối lập phương cạnh là lo khi vật ở 00c ,thể tích của nó ở nhiệt độ t sẽ là:

V= l3t= [ lo(1+at)]3= lo3(1+at)3= v0(1+at)3

Vì (1+at)3 = 1+a3t3+3at+3a2t2 và bỏ qua các số hạng có a2, a3 ( do trị số của a rất nhỏ) nênchúng ta có:

 Lực nở và lực co của vật rắn khi co giãn vì nhiệt

Khi nung nóng nếu các vật rắn không được giãn nở thì trong chúng sẽ xuất hiện những lực rất lớn

Để đánh giá các lực này ta thực hiện các phép tính sau đây giả sử thanh có độ dài l khi nung nóng từ t0c->t+t thì nó sẽ giãn nở một đoạn dài l=alt Nếu muốn giữ cho thanh không giản nở thì cần phải đặt vào thanh một ứng lực nén pn xác định theo biểu thức:

l = lp n /E

Trong đó E là suất young của chất làm thanh

Thay l = lpn/E vào bằngl = alt ta được

Lpn/E = alt do đó pn = aEt

Ví dụ: Đối với sắt thì a= 1.10-5 độ -1, E= 22.1010 N/m2 Khi tăng nhiệt độ lên 10 C (t= 10C) muốn giữ cho thanh không giãn nở thì cần phải đặt vào đầu thanh một ứng lực

pn = 10-5.22.1010 N/m2 = 22.105 N/m2 = 22atm

Ta thấy Pn có giá trị khá lớn , vì vậy trong xây dựng phải kể đến sự xuất hiện của các lực này khi nhiệt độ thay đổi để tránh những lực này , ở chỗ nối các thanh ray phải có khoảng hở,các đầu nút ở hai đầu cầu không được giữ chặt hoàn toàn.

IIIii Sự dẫn nhiệt của vật rắn

 Dẫn nhiệt của điện môi:

Hiệu ứng thứ hai của đặc trưng dao động của các nguyên tử là nhiệt trở của vật rắn Nhiệttrở không thể xuất hiện dao động của các nguyên tử là hoàn toàn điều hoà và sóng này lan truyền trong mạng tinh thể như hệ sống không tương tác lẫn nhau Sự không tương tác giữa các

sóng đàn hồi này cho phép chúng ta không bị tán xạ khi lan truyền trong tinh thể, tức là không bị cản trở nào cả, cũng như ánh sáng lan truyền trong chân không

Trong trường hợp này, nếu như trong tinh thể có hiệu ứng nhiệt độ, các nguyên tử có đầu nóng dao động với biên độ lớn, truyền năng lượng của mình cho nguyên tử bên cạnh, mặc dầu sóng truyền trong tinh thể với vận tốc âm Sóng này không gặp sự cản trở nào, do đó sự chênh lệch vô cùng nhỏ về nhiệt độ cũng có thể gây ra dòng nhiệt rất lớn, độ giãn nhiệt của tinh thể là vô cùng lớn

 Sự dẫn nhiệt của kim loại

Kim loại khác điện môi ở chổ, tham gia vào sự truyền nhiệt không chỉ có phonon, mà còn cả điện tử tự do Vì thế độ dẫn nhiệt của kim loại K Bao gồm dẫn nhiệt mạng Km và dẫn nhiệt gây ra bởi điện tử Ke ( K = Km+Ke)

Dẫn nhiệt có khí điện tử Ke được xác định Ke= λe.VF.Ce/3

Mà ce : nhiệt dung của khí điện tử

Với λe là quãng đường tự do trung bình điện tử

Vf là vận tốc chuyển động khí điện tử

Ce = Π2.N.K2T/2&F

=> Ke = Π2 N.K 2 T/3mV f

Trong đó: N là số hạt điện tử

M là khối lượng hạt điện tử

T là nhiệt độ Kenvin

 Ở vùng nhiệt độ cao

Trong tất cả các đại lượng ở vế phải, chỉ có λe chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ Với kim loại sạch, ở nhiệt độ không quá thấp, λe = được xác định bởi tán xạ của điện tử lên phonon:

Λe = 1/np Ngoài ra ở vùng nhiệt độ cao np ~ T Do đó Λe ~ T và Ke= const

Tức là vùng ở nhiệt độ cao, độ dẫn nhiệt của lim loại nguyên chất không phụ thuộc vào nhiệt độ Thí dụ với Cu, ở nhiệt độ T> 80_ 100K, độ dẫn nhiệt của nó không thuộc vào nhiệt độ

 Ở vùng nhiệt độ thấp

Lúc này np ~ T3.

Λe ~ 1/T3 và Km ~ 1/ T2 trong vùng nhiệt thấp, nơi định luật Đebai được thực hiện, độ dẫn nhiệt của kim loại tỉ lệ nghịch với bình phương với nhiệt độ tuyệt đối

 Ởvùng nhiệt độ rất thấp

Ở gần độ không tuyệt đối, nồng độ phonon trong kim loại rất nhỏ Các điện tử tán xạ chủ yếu lên tạp chất lúc này: Λe ~ 1/ Nt ( Nt nồng độ tập chất) Chứ không phụ thuộc vào nhiệt độ Từ lúc này Ke ~ T

IIIiii.Các loại nhiệt kế.

a Nhiệt kế khí:

Gồm một bình khí nối với một áp kế chứa chất lỏng Thể tích khí là thể tích của bình cho đến mức m và thể tích này giữ không đổi nhờ một bình hở chứa chất lỏng nối với đáy áp kế bằng một ống mềm

Dịch chuyển bình hở theo phương thẳng đứng có thể làm cho mực chất lỏng ở nhánh trái của áp kế trở về vị trí m lúc ban đầu Áp suất của khí được xác định khoảng chênh lệch giữa các mực chất lỏng ở 2 nhánh của áp kế và áp suất ngoài ( nếu nhánh phải của áp kế để hở) chính áp suất của khí tronh bình cho biết mực nứơc nóng lạnh của vật tiếp xúc với bình của nhiệt nghiệm Độ lớn áp xuất của khí là các số chỉ thị nhiệt độ của vật

Được dùng làm nhiệt kế chuẩn, còn ứng dụng thực tế ít vì có nhiều bất tiện, cồng kềnh, thao tác đo phức tạp, chậm tiến tới trạng thái cân bằng nhiệt Ngày nay người ta dùng nhiệt kế khí làm nhiệt kế chuẩn để chia các nhiệt kế khác

Oáng mềm

Aùp kế

b.Nhiệt kế lỏng:

Đó là loại nhiệt mà vật nhiệt kế là một chất lỏng ( thường là Hg hoặc rượu) còn đại lượng nhiệt kế là thể tích khối lỏng Thể tích của khối lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ Trên bảng chia độ, thay vì ghi thể tích khối lỏng người ta ghi nhiệt độ tương ứng

Mỗi nhiệt độ lỏng chỉ dùng trong một miền nhiệt độ thích hợp giới hạn bởi nhiệt độ đông đặc và nhiệït độ sôi của chất lỏng

Ví dụ: Ở áp suất chuẩn Hg đông đặc ở -38.90c và sôi ở 356.30c, rượu etylic đông đặc ở -1170cvà sôi ở 78.50c

Nhiệt kế lỏng càng nhạy nếu ống mao dẫn càng nhỏ, nhiệt độ lớn của loại nhiệt kế này là ta nhìn thấy sự giãn nở biểu hiện của chất lỏng vì bản thân bầu đựng chất lõng cũng bị giãn nỡ nhiệt

c Nhiệt kế điện trở

Vật nhiệt kế là một dây dẫn điện thường là kim loại hay hợp kim,

còn điện lượng nhiệt kế là điện trở của dây

Điện trở của kim loại tăng theo nhiệt độ, tỉ số giữa độ tăng điện

trở khi nung nóng dây dãn thêm 10 so với điện trở của dây dãn ở 00c

được gọi là hệ số nhiệt độ của điện trở.

Sự phụ thuộc tuyến tính của điện trở kim loại vào nhiệt độ chỉ là gần đúng Sự sai lệch đặcbiệt số ở các nhiệt độ thấp Thành ra nhiệt kế điện trở có thang nhiệt độ không tuyến tính và cần phải chia độ theo nhiệt kế chuẩn

Kim loại được dùng nhiều nhất cho nhiệt kế điện trở là platin và đồng nguyên chất Mỗi kim loại được dùng trong miền xác định

d.Nhiệt kế bán dẫn.

Còn gọi là nhiệt trở hay Termistor Đó là dạng đặc biệt của nhiệt kế địên trở Trong nhiệt kế này vật nhiệt kế là 1 điôt bán dẫn, còn đại lượng nhiệt kế là điện trở của điôt Điện trở này biến thiên rất nhanh theo nhiệt độ, điện trở giảm khi nhiệt độ tăng

Độ nhạy cảm của loại nhiệt kế rất cao, nhờ đó người ta có thể xác định được những biến thiên nhiệt độ cỡ 1/1000 độ Nhiệt kế này chỉ dùng ở miền nhiệt độ dưới 200c vì các vật liệu dẫn không chịu được nhiệt độ cao

e Nhiệt kế cặp nhiệt điện.

Nếu các mối hàn A và B ở nhiệt độ của 1 vật

Thí du:ï Nước đựng trong cốc thì mối hàn A được giữ ở nhiệt độ cố định thường là cốc nước đá đang tan (00c) còn đầu B thì nhúng vào nước trong cốc Người ta đo suất điện động E giữa

2 cực của thiết bị nhờ vôn kế nhạy V

Độ lớn của E là hàm của hiệu nhiệt độ (tB-tA) Nếu dùng thang bách phân thì tA= 00 Vậy E là hàm của tB, nghĩa là E=f(tB) Nói chung hàm số này không phải là hàm tuyến tính

Thí dụ: Với cặp nhiệt độ platin và hợp kim platin –rodi (có 10% rodi) thì người ta tìm thấy:

E = a + btB + ctB2

a,b,c xẽ được xác định bằng thực nghiệm với ba giá trị đã biết tB rồi người ta ta dùng công thức này để xác định các giá trị khác tB

Cặp nhiệt điện nói trên dùng trong miền nhiệt độ 6300c< tB< 20640c

f Hoả kế quang học.

Ở những nhiệt độ rất cao thì mọi chất đều nóng chảy hoặc bay hơi, vì vậy các loại nhiệt kế nói trên đều không dùng được cũng may là mọi vật nóng đều phát bức xạ Lúc này phép đo nhiệt trở trở thành phép đo quang học Căn cứ vào các định luật bức xạ của các vật nóng

người ta chế tạo ra một loại nhiệt kế gọi là hoả kế quang học.

PHẦN BA: ỨNG DỤNG THỰC TIỄN

Vận dụng nguyên tắc của sự nở vì nhiệt của chất rắn ta co những ứng dụng sau:

 Chúng ta có thể dễ dàng tháo nắp hợp bằng sắt khỏi lọ thuỷ tinh bằng cách đặt vào nước nóng Nắp sắt nở ra nhiều hơn so với lọ thuỷ tinh giúp chúng ta mở dễ dàng Người

ta còn thường sử dụng sự nở khác nhau của các chất để làm nhiệt biểu và bộ phận điều nhiệt Bộ phận điều nhiệt được tạo thành từ thanh kép gồm hai thanh kim loại khác như đồng thau và thép ghép cạnh nhau Hình bên vẽ thanh kép dùng trong bộ điều nhiệt Ơû nhiệt độ bình thường T hai thanh dài bằng nhau Ơû nhiệt T0 > T do sự nở dài khác nhau của hai thanh, thanh thép sẽ bị cong đi do đó có thể dùng để dùng để ngắt mạch điện

Đồng Thép Đồng Thép

T=TO T>T0

 Đứng trước câu hỏi “ đường sắt thánh mười dài bao nhiêu” có người trả lời.

tính trung bình dài 640 km, về mùa hè thì dài hơn 300m so với mùa đông

Câu trả lời bất ngờ đó không đến nỗi vô lý như bạn có thể nghĩ đâu Nếu gọi độ của con đường sắt là những thanh đường ray xếp liên tiếp thì quả thật về hè nó phải dài hơn mùa đông Không được quên rằng khi nung nóng đường ray dài ra Khi nhiệt độ tăng 10c thì độ dài đường ray tăng thêm 1/100000 độ dài của nó Vào những ngày nóng bức nhiệt độ đường ray có thể 300_400c và hơn nữa Đôi khi đường ray được mặt trời nung nóng đến mức bỏng tay Về mùa đông băng giá đường ray lạnh tới -250c và dưới nữa Nếu dừng lại ở sự khác nhau

550c giữa nhiệt độ mùa hè và nhiệt độ mùa đông Thì khi nhân tổng độ dài của con đường là 640km với

0.00001 và với 55 ta sẽ được khoảng cách 1/5 km như vậy thực ra đường ray giữa Maxcova và Leningrat về mùa hè là dài hơn so với màu đông là 1/3km tức khoảng 300m

 Vì sao trứng gà luộc chín sau khi ngâm nước lạnh thì dễ bốc vỏ hơn?

Trứng gà do vỏ trứng cứng và lòng trắng, lòng đỏ tạo thành Trong tình hình thông thường, sau khi luộc chín, lòng trắng vàvỏ trứng dính sát vào nhau, không dễ tách ra Nhưng người ta thường luộc trứng cho chín trước đã rồi lập tức thả vào trong nước lạnh, sau đó bóc vỏ đi sẽ thấy tiện lợi nhiều Đó là vì nguyên nhân gì vậy?

Thì ra tuỳ một số loại vật chất, vật thể nói chung đều có đặc tính nóng nở, lạnh co

Nguyên liệu vật chất khác nhau, mức độ nóng nở lạnh co của vỏ trứng và lòng trắng trứng rấtkhông đồng đều khi luộc chín ở nhiệt độ cao vỏ trứng chịu nhiệt nhanh, lòng trắng trứng truyền nhiệt chậm, vì vậy mức độ giãn nở của vở trứng từng lúc lớn hơn một chút Một khi ngâm vào trong nước lạnh vỏ trứng lại nhanh chóng chịu lạnh mà co lại còn lòng trắng trứng vẩn ở nhiệt độ cũ

mà không kịp co lại Khi ấy có một phần lòng trắng trứng liền bị vỏ trứng dồn ép vào chỗ trống ở đầu qủa trứng Khi lòng trắng trứng có nhiệt độ hạ thấp thì co lại, do sự giản nở của thể tích,lòng trắng trứng liền thoát khỏi sự kết dính với vỏ trứng, qua đó làm cho quả trứng rất dễ bốc ra

 Không những thế màhiện tượng nở vì nhiệt đóng vai trò trọng trong kỹ thuật và trong đời sống hằng ngày Để tránh các vật khi nở gây ra những lực rất lớn, giữa các toà nhà

dài bao giờ cũng có khe co giãn, các đường ray có khoảng cách hở, các nhịp cầu tựa trên mố qua bánh xe lăn, các ống dãn đều phải có đoạn uốn và chất làm men răng phải có hệ số nở nhiệt giống như nhiệt của men răng Các đinh óc tán vào đầu được nung nóng trước để khi

nguội ép chặt mạnh hơn và các ốc làm kín ở máy bay được nung nóng vào nintơ lỏng cho co lại đem vặn vào khi ở nhiệt độ thường sẽ nở ra bịt kín vật muốn bịt

 Các lưỡng kim có thể dùng “ sự giãn nở vì nhiệt” giống như lò xo để khống chế

nhiệt độ ( trong bàn là, tủ lạnh, điều hoà nhiệt độ) Lưỡng kim: đồng_ thép dùng làm độ đóngngắt điện khi nhiệt độ thay đổi

 Tại sao cốc bị nức khi gặp nước sôi.

Nguyên nhân là do sự giãn nở nhiệt của thuỷ tinh Nước sôi rót vào cóc không làm nóng cốc ngay lập tức được, thoạt đầu lớp trong của thành cốc bị đốt nóng, trong khi đó lớp ngoài vẫn chưa kịp nóng Lớp trong bi nóng lập tức giãn nở ngay, còn lớp ngoài khi đó vẫn không thay đổi do đó thành ngoài chịu một áp lực => lớp ngoài của thành cốc bị nứt rạn, cốc bị vỡ

 Độ cao ở tháp Epphen.

Nếu bây giờ người ta hỏi bạn: tháp Epphen cao bao nhiêu thì trước khi trả lời bạn phải hỏi rõ: vào thời tiết nào, lạnh hay ấm

Chúng ta biết rằng thanh thép dài 300m, sẽ dài thêm 3mm khi bị nung nóng 10c Độ cao của thápEpphen cũng phải tăng lên gần đúng như vậy khi nhiệt độ tăng 10c ở pari trong những ngày nắng ấm vật liệu bằng thép của tháp có thể bị nung nóng tới 100c, trong khi đó những ngày mưa lạnh nhiệt độ của nó giãm xuống 100c, mùa đông 00C thậm chí -100c Dao động về nhiệt độ đạt tới 3.40= 120mm = 12cm

 Ai đã mở vịi nước cứu hoả?

Trong kho của nhà máy dệt nọ, người thủ kho sau khi mơ màngqua khĩi thuốc lá, đã ném đầu mẩu thuốc vào xĩ nhà, rồi ngủ say Đám cháy bùng lên Chính lúc nguy cấp, vịi cứu hỏa đột nhiên mở ra cho nước chảy, dập tắt ngọn lửa Ai đã tốt bụng làm việc này? Người thủ kho nghĩ mãi khơng ra

Lời giải ở đây chính là hợp kim chế tạo bộ phận khống chế khố của vịi cứu hoả Nĩ phải được làm từ một hợp kim dễ nĩng chảy

Trong số các kim loại, thuỷ ngân cĩ điểm nĩng chảy thấp nhất

là -38,87 độ C, nhưng ở nhiệt độ thường thì thuỷ ngân ở thể lỏng, khơng dùng làm chất liệu dễ nĩng chảy được Ngồi thủy ngân cịn cĩ kim loại gali cũng cĩ thể chảy ra ở 29,79 độ C, nhưng gali khá hiếm nên qúa đắt Các kim loại khác đều cĩ điểm nĩng chảy cao nên khơng dùng làm chất dễ nĩng chảy được

Tuy nhiên, bismut cĩ thể cùng chì, thiếc, antimon tạo thành các loại hợp kim cĩ điểm nĩng chảy thấp trên dưới 50 độ C Nếu đem loại hợp kim cĩ nhiệt độ nĩng chảy thấp, chế tạo một cơ cấu ở vịi nước cứu hoả, sẽ tạo ra một hệ thống tự động dập lửa Khi hỏa hoạn xảy ra, nhiệt độ trong phịng tăng cao, bộ phận làm từ hợp kim dễ nĩng chảy ở vịi nước sẽ chảy ra, khố được mở, nước theo đĩ tràn ra ngồi dập tắt lửa

Cịn một loại hợp kim đặc biệt là hợp kim niken - titan Cấu tạo tinh thể của loại hợp kim này dễ thay đổi khi tăng nhiệt độ, do vậy, người ta cũng cĩ thể dùng nĩ làm bộ phận khống chế khố mởtrong các thiết bị dập lửa

Các hợp kim nĩng chảy thường

được dùng chế tạo các bộ phận

khố của vịi cứu hoả

Hợp kim dễ chảy cũng rất quen thuộc với mọi người, đĩ là cầu dao điện Trong cầu dao cĩ hai sợidây bảo hiểm làm bằng hợp kim dễ nĩng chảy chế tạo từ bismut, chì, thiếc, cadmi Trong điều kiện bình thường, dịng điện chạy qua cầu dao khơng sinh nhiệt cao lắm, dịng điện chạy qua dây dẫn khơng cao, khơng gây sự cố gì.

Nếu trong nhà dùng các thiết bị điện cơng suất lớn vượt quá cơng suất thiết kế của dây dẫn và trở nên quá tải Bấy giờ nhiệt độ của dây dẫn, dây bảo hiểm tăng nhanh cĩ thể gây hỏa hoạn Nhưng

do dây bảo hiểm cĩ nhiệt độ nĩng chảy thấp, khi nhiệt độ tăng cao, dây bảo hiểm bị chảy, dịng điện bị ngắt, nhiệt độ của dây dẫn sẽ khơng tiếp tục tăng lên nên khơng xảy ra hỏa hoạn

B MỘT SỐ TÍNH CHẤT CHUNG VÀ ỨNG DỤNG VỀ GIÃN NỞ CỦA CHẤT LỎNG.

Cĩ 2 nguyên tắc cơ bản cần nhớ là

Chất lỏng nở ra khi nĩng lên và co lại khi lạnh đi

Các chất lỏng khác nhau cĩ sự nở vì nhiệt khác nhau

Sự nở vì nhiệt của nước rất đặc biệt Khi tăng nhiệt độ từ C -> C thì nước co lại chứ ko nở

ra Chỉ khi tăng nhiệt độ lên từ C trở lên thì nước mới nở ra Vì vậy, ở C nước cĩ trọng lượng riêng lớn nhất

Quá trình chuyển từ thể rắn sang thể lỏng của các chất gọi là sự nĩng chảy

Quá trình chuyển ngược lại từ thể lỏng sang thể rắn của các chất gọi là sự đơng đặc

Ii Thí nghiệm

a) Đun nĩng chảy thiếc (kim loại) theo dõi, ghi và vẽ đường biểu diễn sự biến thiên nhiệt độ của thiếc theo thời gian trong quá trình chuyển thể từ vật rắn sang thể lỏng, ta thu được đồ thị trên hình

b) Làm thí nghiệm khảo sát quá trình nĩng chảy và đơng đặc đối với nhiều chất rắn kết tinh khác nhau như đồng, nhơm, sắt… người ta đã đi tới kết luận:

Mỗi chất rắn kết tinh (ứng với một cấu trúc tinh thể) cĩ một nhiệt độ nĩng chảy khơng đổi xác định ở mỗi áp suất cho trước

Các chất rắn vơ định hình (thuỷ tinh, nhựa dẻo, sáp nến …) khơng cĩ nhiệt độ nĩng chảy xác định.

Đối với đa số các chất rắn, thể tích của chúng sẽ tăng khi nĩng chảy và sẽ giảm khi đơng đặc (riêng nước đá lại cĩ khối lượng riêng nhỏ hơn nước lên nước đá nổi trên mặt nước )

Nhiệt độ nĩng chảy của chất rắn thay đổi phụ thuộc áp suất bên ngồi Đối với các chất cĩ thể tích tăng khi nĩng chảy, nhiệt độ nĩng chảy của chúng tăng theo áp suất bên ngồi Ngược lại đối với các chất cĩ thể tích giảm khi nĩng chảy, nhiệt độ nĩng chảy của chúng tăng theo áp suất bên ngồi Ngược lại đối với các chất cĩ thể tích giảm khi nĩng chảy, nhiệt độ nĩng chảy của chúng giảm khi áp suất bên ngồi tăng

Iii Nhiệt nĩng chảy

Nhiệt lượng cung cấp cho chất rắn trong quá trình nĩng chảy gọi là nhiệt nĩng chảy của chất rắn

đĩ, nhiệt nĩng chảy Q tỉ lệ thuận với khối lượng m của chất rắn

(38.1)

Trong đĩ hệ số tỉ lệ gọi là nhiệt nĩng chảy riêng Giá trị của phụ thuộc vào bản chất của chất

rắn nĩng chảy, đơn vị của nhiệt nĩng chảy riêng là

Iiii Ứng dụng

Các kim loại được nấu chảy và giữ ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nĩng chảy của chúng để đúc các chi tiết máy, đúc tượng và chuơng Để luyện thành gang thép và các hợp kim khác nhau

II SỰ BAY HƠI.

Quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hơi) ở bề mặt chất lỏng gọi là sự bay hơi Quá trình chuyển ngược lại từ thể khí (hơi) sang thể lỏng gọi là sự ngưng tụ

c) Làm thí nghiệm với nhiều chất lỏng khác, người ta cũng thấy hiện tượng xảy ra tương tựNhư vậy sự ngưng tụ luôn xảy ra kèm theo sự bay hơi Sau mỗi đơn vị thời gian, nếu số phân tử chất lỏng thoát khỏi bề mặt chất lỏng nhiều hơn số phân tử hơi bị hút vào trong chất lỏng, thì ta nói chất lỏng bị bay hơi còn nếu số phân tử hơi bị hút vào trong chất lỏng nhiều hơn số phân tử hơi bị hút vào trong chất lỏng nhiều hơn số phân tử chất lỏng thoát khỏi bề mặt chất lỏng thì ta nói chất hơi bị ngưng tụ.

IIii Hình dạng của khối chất lỏng

Các khối chất lỏng ( nước trong cốc, rượu trong chai, thuỷ ngân trong bầu của nhiệt kế, ) có thể tích xác định nhưng không có hình dạng riêng

Ở mặt đất dưới tác dụng của trọng lực khối chất lỏng có hình dạng của bình chứa ở những chỗ chất lỏng tiếp xúc với bình chứa mặt giới hạn của chất lỏng trùng với thành bên trong của bình chứa

Ở những chỗ chất lỏng không tiếp xúc với bình chứa, mặt giới hạn gọi là mặt thoáng Trên mặt thoáng có thể là không khí, một chất khí nào đó hoặc chân không Thông thường mặt thoáng là mặt phẳng nằm ngang

Các khối chất lỏng ở trạng thái không trọng lượng, các khối chất lỏng chịu tác dụng những lực cân bằng nhau (giọt anilin trong dung dịch muối có khối lượng riêng bằng khối lượng riêng của dung dịch muối) đều có dạng hình cầu

IIiii Cấu trúc phân tử của chất lỏng

a) Sự sắp sếp phân tử và chuyển động nhiệt.

Mật độ phân tử của chất lỏng lớn gấp nhiều lần mật độ phân tử trong chất khí nhưng gần bằng mật độ phân tử trong chất rắn

Trong chất lỏng khoảng cách giữa các phân tử có độ lớn vào khoảng kích thước phân tử, do đó các phân tử chất lỏng chuyển động rất khó khăn Mỗi phân tử trong chất lỏng luôn luôn dao động hỗn độn xung quang một vị trí cân bằng xác định Sau một khoảng thời gian nào đó do tương tác với các phần tử ở gần, nó nhảy sang một vị trí xác định khác và lại dao đông hỗn độn xung quang

vị trí này một thời gian, rồi lại nhảy sang vị trí xác định mới,

Chuyển động mô tả ở trên là chuyển động nhiệt của các phần tử trong chất lỏng Khi nhiệt độ củachất lỏng tăng thì chuyển động tăng nhiệt

b) Thời gian cư chú

Thời gian một phân tử dao động xung quang một vị trí xác định tính từ lúc đến tới lúc gọi là thờigian cư trú Nhiệt độ của chất lỏng càng cao thì thời gian cư trú càng ngắn, trật tự sắp xếp các phân tử thay đổi tính chất hỗn độn càng tăng Chất lỏng ở nhiệt độ cao có cấu trúc gần với không khí.ở nhiệt độ không có cấu trúc của chất lỏng giống cấu trúc của chất vô định hình Sự khác nhau chỉ ở chỗ các phân tử trong chất vô định hình chuyển rời vị trí dao động chậm hơn trong chất lỏng Nói cách khác là thời gian cư trú của phân tử trong chất vô định hình lớn hơn trong chất lỏng Do đó về mặt cấu trúc người ta có thể xếp chất vô định hình vào loại chất lỏng Sự chuyển từ trạng thái vô định hình sang trạng thái lỏng được thực hiện một cách liên tục vì không

có sự thay đổi đột ngột về cấu trú

III Ưùng dụng của sự giãn nở vì nhiệt của chất lỏng.

IIIi Chất lưu“thơng minh”mới: ứng dụng quan trọng cho tương lai

Trong một khám phá cĩ thể thúc đẩy việc sử dụng một họ thứ ba của “chất lỏng thơng minh” trong cơng nghiệp và thương mại, các nhà khoa học ở Maryland cơng bố họ đã phát triển

được các chất lưu photorheological (PR) mới, một chất lưu cĩ thể được tạo ra một cách đơn giản

và rẻ tiền Ơng Srinivasa R Raghavan và các học trị cho biết rằng được rằng chất lưu

electrorheological (ER) và chất lưu magnetoreheological (MR) đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, từ thiết bị giảm xĩc ơtơ và các thắng cho đến cơng nghệ chống rung để giữ các ngơi nhà vững chắc khi cĩ động đất

Chất lưu ER và MR biến đổi ngay tức khắc và trở về trạng thái ban đầu từ chất lỏng chảy tự do thành chất bán-rắn với độ bền cĩ thể kiểm sốt được khi phản ứng lại điện trường (đối với chất lưuER) hoặc từ trường (đối với chất lưu MR) Chất lưu PR được tạo

ra để đạt được kỳ cơng giống như vậy, bằng cách sử dụng ánh

sáng làm “cị súng”

Tuy nhiên, chất lưu này khơng được sử dụng rộng rãi hoặc trong phịng thí nghiệm hoặc trong cơng nghiệp bởi vì chế tạo chúng rất khĩ và tốn tiến, các nhà khoa học cho biết trong một bài báo

dự kiến sẽ được đăng trong ấn bản của tạp chí

AmericanChemical Society số ra ngày 21 tháng 2 Ngược lại, chất lưu PR mới được tạo ra này

được dựa trên các chất hĩa học đơn giản, rẻ tiền và hầu hết các phịng thí nghiệm đều cĩ các chất hĩa học này, các nhà khoa học, những người hình dung chất lưu PR như là một cơng nghệ cĩ khảnăng gĩp phần tạo ra Hệ Thống Vi – Điện – Cơ, cho biết Các thiết bị được bàn luận rất nhiều đĩ

sẽ hợp nhất các yếu tố cơ học, các bộ cảm ứng, các cụm truyền động (actuator) và điện tử lên những con chip và những con chip này sẽ làm một cuộc cách mạng hĩa các sản phẩm khác nhau

IIIii.Ứng dụng chất lỏng từ đàn hồi cho chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân

Các nghiên cứu mới về phổ cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonance-NMR) proton của một loại chất lỏng nano từ đàn hồi

(Magnetorheological nanofluid) cĩ thể giúp các nhà khoa học phân biệt được các tế bào khỏe mạnh và các mầm bệnh hoặc các u ác tính trong cơ thể người Nhĩm nghiên cứu của Natalia Noginova (Đại học Tổng hợp bang Norfolk, Mỹ) cùng các cộng sự đã phát hiện ra rằng các hạt nano ơxit sắt (γ-

Fe 2 O 3 ) ảnh hưởng lên khả năng phục hồi spin trong chất lỏng mà các hạt nano này bao quanh Hiệu ứng này khác so với ở dạng chất rắn và cũng thay đổi với các chất lỏng khác nhau ( Journal of Applied Physics )

Các hạt nano từ tính là các ứng cử viên đầy hứa hẹn cho nhiều ứng dụngtrong khoa học cũng như cơng nghệ và y, sinh học ví dụ như dẫn thuốc, đốtnĩng thân nhiệt cục bộ (điều trị ung thư), chọn lọc, phân tách tế bào, tăng độ phân giải của ảnhcộng hưởng từ Để hiểu về các tính chất từ cũng như động học của các hạt nano và ảnh hưởngcủa chúng lên mơi trường xung quanh, Noginova cùng các cộng sự đã nghiên cứu dạng huyềnphù của các hạt nano từ tính trong các chất rắn, lỏng khác nhau Các hạt nano này là một dạng

mới của chất lỏng nano từ đàn hồi được phát triển bởi nhóm của Emmanuel Gannelis ở Đại họcCornell (Mỹ)

Chất lỏng từ là một loại chất lỏng có từ tính Chất lỏng bình thường được tạo thành từ các phân

tử hoặc các ion Các phần tử tạo nên chất lỏng từ lại hoàn toàn khác, bên cạnh các phân tử và ion,chất lỏng từ còn có một thành phần, đó là các hạt chất rắn có kích thước vài chục cho đến vàitrăm nm Chất lỏng từ gồm ba thành phần chính là hạt từ tính (chất rắn), chất bao phủ về mặt(còn gọi là chất hoạt hóa bề mặt, là chất rắn hoặc chất lỏng) và dung môi (chất lỏng) Các hạt từcần được phân tán trong chất lỏng tạo nên một thể được gọi là huyền phù để có thể có được cáctính chất đặc biệt Ở Việt Nam có nhóm của Tiến sĩ Nguyễn Hoàng Hải nghiên cứu ứng dụng cácchất lỏng từ trong y, sinh học và môi trường

và sự phục hồi spin trong môi trường xung quanh các hạt nano từ tính Có thể hiểu một cách đơngiản, các hạt nano này giống như các nam châm cực nhỏ, tạo ra một từ trường phụ tác động trựctiếp lên môi trường xung quanh làm thay đổi tính chất cộng hưởng từ

"Các hiệu ứng này là nguồn gốc của sự phục hồi trong chất lỏng bởi vì chất lỏng có thành phần

phụ thuộc thời gian được sản sinh bởi chuyển động của các phân tử vật chủ," Noginova nói

-"Hiện tượng này không được quan sát thấy trong các chất rắn, mà ở đó các phân tử của vật chủ không thể dịch chuyển".

Hình 2 Sự mở rộng vạch phổ cộng hưởng trong các mơi trường khác nhau a) nước, b) toluen, c)polymer ở các nồng độ chất lỏng từ khác nhau (Theo J Appl Phys 101 (2007) 09C102).

Kỹ thuật này cĩ thể sử dụng để phân biệt giữa các mơ, các tế bào khỏe mạnh với các tế bào hay

mơ bị bệnh, bị phá hủy trong cơ thể con người bằng cách đo sự thay đổi thời gian phục hồi trongcác mơ khác nhau "Sự thay đổi trong phục hồi spin liên quan đến các hạt nano cơ bản được xác

định bằng cách khuếch tán các

phân tử vật chủ,cĩ thể thay đổi được phụ thuộc vào từng loại mơ" - Noginova giải thích Sự mởrộng vạch phổ và phục hồi cĩ thể sử dụng làm tăng đáng kể độ tương phản trong kỹ thuật chụpảnh cộng hưởng từ Ví dụ, cường độ của tín hiệu tại đỉnh phụ thuộc vào độ rộng vạch phổ và do

đĩ nếu vạch bị mở rộng, ta cĩ thể thấy hình ảnh bị tối đi Các kết quả nghiên cứu này vừa đượccơng bố trên tạp chí Journal of Applied Physics 101 (2007) 09C102

C MỘT SỐ TÍNH CHẤT CHUNG VÀ ỨNG DỤNG VỀ SỰ GIÃN NỞ CỦA CHẤT KHÍ.

Khí là trạng thái của vật chất trong đĩ các phân tử khí hầu như khơng tác dụng lẫn nhau (khơng bị hút và đẩy nhau), chúng chuyển động khơng đổi với tốc độ lớn Trong quá trình chuyểnđộng các phân tử khí bị va chạm, khi đĩ chúng sẽ trao đổi năng lượng cho nhau Do luơn cĩ chuyển động hỗn loạn và khí lại bao gồm số lượng phân tử lớn nên chúng sẽ chiếm tồn bộ thể tích giới hạn bởi tường bình hoặc thành thiết bị và thể tích khí ảnh hưởng đến áp suất của tường Tốc độ trung bình của các phân tử khí chuyển động đã cho phụ thuộc vào nhiệt độ

Các phân tử khí chuyển động Các phân tử va chạm vào nhau và va

hỗn loạn theo mọi hướng chạm vào thành bình

Nếu khí bị nén đẳng nhiệt (T=const) thì sự thay đổi thể tích của nó tỷ lệ nghịch với áp suất (đối với khí lý tưởng), nghĩa là:

2

p ,V2 – áp suất và thể tích khí sau khi bị nén.

Phương trình này được gọi là phương trình Bôi – Mariốt

Khi tăng lên 1oC, tốc độ chuyển động của các phân tử khí tăng lên và làm tăng áp suất thành bình gần 1/273 áp suất tác dụng ở điều kiện nhiệt độ khí ở 0oC (273oK) Quan hệ này được biểu thị bằng công thức:

Do đó, khi p = const thể tích của khí đã cho tỷ lệ thuận với nhiệt độ

Nếu có một lượng khí nào đó có áp suất p và nhiệt độ 0 T , thể tích V0 o được giữ nguyên trong bình kín, khí được nung đến nhiệt độ T1 Phù hợp với công thức (1.4) áp suất của khí quyển