CHUONG 4 CAC DINH LUAT THUC NGHIEM VE CHAT KHI VAT LY DAI CUONG

CHUONG 4 CAC DINH LUAT THUC NGHIEM VE CHAT KHI VAT LY DAI CUONG tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án,...

Chương IV

CÁC ĐỊNH LUẬT THỰC NGHIỆM VỀ CHẤT KHÍ

I Một số khái niệm:

1 Thông số trạng thái và PTTT.

Để biểu diễn trạng thái của một khối khí nhất định, người ta dùng 3 thông số trạng thái : thể tích V, áp suất p và nhiệt độ T của khối khí PT trạng thái của khối khí có dạng tổng quát





S



Đơn vị :

• 1 N/m2 = 1Pa (Pascal)

• 1 at = 9,81.104 N/m2

• 1 atm = 1,013.105 N/m2

• mmHg (tor) bằng áp suất tạo bởi trọng

lượng cột thủy ngân cao 1mm

• 1at = 736 mmHg = 9,81.104 N/m2

• 1atm = 760 mmHg = 1,013.105 N/m2

3 Nhiệt độ: là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ

chuyển động hỗn loạn phân tử của các vật.

Trong thang nhiệt độ bách phân, nhiệt độ ký hiệu

là 0 C Trong thang nhiệt độ tuyệt đối ( còn gọi là thang nhiệt độ Kelvin), nhiệt độ ký hiệu là K Gọi

T là nhiệt độ trong thang tuyệt đối, t là nhiệt độ trong thang bách phân, ta có công thức :

T = t +273,16 Trong các tính toán đơn giản ta thường lấy:

T = t + 273

4 Nhiệt chuyển pha

Khi một vật rắn hay lỏng hấp thụ nhiệt, nhiệt độ của nó không nhất thiết phải tăng lên mà nó có thể thay đổi trạng thái (pha) này sang trạng thái (pha) khác.

* Khi chuyển từ pha lỏng sang pha khí ( vật phải thu nhiệt) hoặc từ khí sang lỏng (vật phải tỏa

nhiệt) thì nhiệt lượng của quá trình biến đổi này gọi là nhiệt hóa hơi : Q = mL V

* Khi chuyển từ pha rắn sang pha lỏng ( vật phải thu nhiệt) hoặc từ lỏng sang rắn (vật phải tỏa

nhiệt) thì nhiệt lượng của quá trình biến đổi này gọi là nhiệt nóng chảy: Q = mL f

II Các định luật thực nghiệm về chất khí:

1 Định luật Boilơ-Mariôt: Trong quá trình biến

đổi đẳng nhiệt ( T = const) của một khối khí thì:

p



b)Trong quá trình biến đổi đẳng áp (p = const) của một khối khí thì:

3 Định luật Dalton: Cho một hỗn hợp khí ở nhiệt

độ T Áp suất của hỗn hợp khí bằng tổng của

những áp suất riêng phần

const T

i

P P

1

là hằng số khí lý tưởng

RT

m pV







K kmol

J K

mol

J R

10.31,

8

31,



IV Thuyết động học phân tử

1.Nội dung: Theo quan điểm của TĐH phân tử, một khối khí lý tưởng là một hệ gồm một số rất lớn các phân tử giống nhau, kích thước nhỏ

không đáng kể, không tương tác với nhau (trừ khi va chạm), các phân tử này chuyển động hỗn loạn không ngừng và nếu không có tác dụng bên ngoài thì mật độ phân tử khí phân bố đồng đều

và chuyển động của các phân tử hoàn toàn có

tính đẳng hướng.

2 PT cơ bản: Xét một phân tử khí chuyển động với vận tốc v 1 theo phương x đập thẳng góc vào một diện tích S của thành bình Trong trường hợp

phân tử khí có cấu tạo đơn nguyên tử thì mọi

phân tử khí có thể được biểu thị bằng một quả

cầu nhỏ, khối lượng m Sau va chạm phân tử khí bắn ra với vận tốc v 2 , va chạm được giả thiết là hoàn toàn đàn hồi nên:

v   v   v v 1

v 2

V x ∆t

• Áp dụng định lý động lượng:

f là lực tác dụng trung bình của thành bình lên phân tử khí, ∆t là thời gian va chạm trung bình Chiếu lên trục x ta được:

Theo ĐL Newton III lực nén do phân tử khí tác dụng lên thành bình là:

Trong khoảng thời gian ∆t, số phân tử khí đập vào diện tích S của thành bình nằm

trong hình trụ đáy S, chiều cao vx ∆t Gọi

nox là mật độ phân tử khí có vận tốc vx , số phân tử chứa trong hình trụ trên bằng

Vậy áp lực do số phân tử có vận tốc v x đến va

chạm với thành bình là

Nhưng các phân tử có vận tốc v x khác nhau, vậy chúng gây nên áp lực tổng cộng lên thành bình S là

Đặt n o là tổng số phân tử

trong một đơn vị thể tích

( ) 2

gọi là giá trị trung bình của Kết quả:

Vì vận tốc của các phân tử có mọi phương không phải tất cả đều theo phương x, tổng quát vận tốc của phân tử có 3 thành phần v x , v y , v z ,nên

vì chuyển động của các phân tử có tính đẳng

R W

A

đ

2

3 2

3





K J

k N

R

A

/ 10

38 ,

1 23





V Nội năng

Năng lượng của một hệ gồm động năng ứng với chuyển động có hướng ( chuyển động cơ) của cả

hệ, thế năng của hệ trong trường lực và phần

năng lượng ứng với vận động bên trong hệ tức là NỘI NĂNG của hệ:

W = W đ + W t + U

Đối với khí lý tưởng nội năng là tổng động năng chuyển động nhiệt của các phân tử cấu tạo nên hệ

* Nội năng có tính cộng nghĩa là nội năng của

một hệ vật vĩ mô bằng tổng nội năng của từng vật

vĩ mô riêng rẽ.

* Nội năng là hàm trạng thái

1.Số bậc tự do : số bậc tự do của một hệ cơ học là

số tọa độ cần thiết để xác định vị trí của cơ hệ

trong không gian.

• Đối với phân tử đơn nguyên tử, số bậc tự do i = 3

2.Định luật về sự phân bố đều năng lượng theo số bậc tự do do Boltzmann đưa ra :

Ở trạng thái cân bằng nhiệt động mỗi bậc tự do tịnh tiến và quay của mỗi phân tử khí đều có một động

năng trung bình bằng (1/2)kT.

3.Biểu thức nội năng của KLT

Theo trên biểu thức động năng trung bình của

phân tử khí có cấu tạo đơn nguyên tử là

Vậy biểu thức động năng trung bình của phân tử khí trong trường hợp tổng quát là :

i là số bậc tự do của phân tử khí

kT

T N

R W

A

đ

2

32

Suy ra:

* Nội năng của một mol khí lý tưởng:

* Nội năng của một khối khí lý tưởng khối lượng

m :

µ là khối lượng của một mol

RT

i kT

N

i W

2





Ví dụ:

1 Có 10g khí oxy ở nhiệt độ 10 o C,áp suất 3at Sau

khi hơ nóng đẳng áp, khối khí chiếm thể tích

10l Tìm:

a) Thể tích khối khí trước khi dãn nở?

b) Nhiệt độ khối khí sau khi dãn nở?

c) Khối lượng riêng khối khí trước khi dãn nở?

d) Khối lượng riêng khối khí sau khi dãn nở?

PT trạng thái của khí trước khi hơ nóng:

32.3.9,81.10 10.10

1133 10.8.31

d)

3 1

1

3

2 1

2 Có 10kg khí đựng trong một bình kín,

áp suất 107 N/m2 Người ta lấy ở bình

ra một lượng khí cho tới khi áp suất

của khí còn lại trong bình bằng 2,5.106N/m2 Coi nhiệt độ của khối khí không đổi Tìm lượng khí đã lấy ra.

PT trạng thái của khí lý tưởng:

3 Có hai bình cầu được nối với nhau

bằng một ống có khóa, đựng cùng một chất khí Áp suất ở bình thứ nhất là

PT trạng thái của khí ở hai bình trước khi mở khóa:

PT trạng thái của khí sau khi mở khóa: