Thuyet dong hoc phan tu chat khi

HỆ NHIỆT ĐỘNG Hệ nhiệt động là một hệ vật lý bao gồm một số lớn các hạt – các nguyên tử và phân tử - Các hạt này luôn thực hiện chuyển động nhiệt hỗn loạn và traođổi năng lượng cho nhau

Chương 1 THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ

CHẤT KHÍ

HÀ NỘI 2016

mT1

NỘI DUNG CHÍNH

1 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG CỔ ĐIỂN

2 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ LÝ TƯỞNG

3 THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ

4 CÁC ĐỊNH LUẬT PHÂN BỐ PHÂN TỬ

1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Nhiệt học nghiên cứu các hiện tượng liên quan đến những quá trình xảy

ra bên trong vật như vật nóng chảy, vật bay hơi,vật nóng lên khi ma sát…những hiện tượng này liên quan đến chuyển động nhiệt.

Phương pháp thống kê: Sử dụng các quy luật của xác suất thống kê để

tính giá trị trung bình của các đại lượng trên cơ sở nghiên cứu các quátrình xảy ra cho từng phân tử

Phương pháp nhiệt động lực: Nghiên cứu quá trình trao đổi và biến hoá

năng lượng Có phạm vi ứng dụng sâu rộng hơn và đơn giản hơn phươngpháp thống kê

Nhiệt học nghiên cứu các hiện tượng liên quan đến những quá trình xảy

ra bên trong vật như vật nóng chảy, vật bay hơi,vật nóng lên khi ma sát…những hiện tượng này liên quan đến chuyển động nhiệt.

Phương pháp thống kê: Sử dụng các quy luật của xác suất thống kê để

tính giá trị trung bình của các đại lượng trên cơ sở nghiên cứu các quátrình xảy ra cho từng phân tử

Phương pháp nhiệt động lực: Nghiên cứu quá trình trao đổi và biến hoá

năng lượng Có phạm vi ứng dụng sâu rộng hơn và đơn giản hơn phươngpháp thống kê

1 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG CỔ ĐIỂN

1.1 HỆ NHIỆT ĐỘNG

Hệ nhiệt động là một hệ vật lý bao gồm một số lớn các hạt – các nguyên tử

và phân tử - Các hạt này luôn thực hiện chuyển động nhiệt hỗn loạn và traođổi năng lượng cho nhau khi tương tác

Vật còn lại ở ngoài hệ đang xét gọi là: ngoại vi, ngoại vật, môi trường xung quanh

 Hệ cô lập

 Hệ không cô lập

Hệ cô lập nhiệt

Hệ cô lập cơ

Thông số trạng thái (Thông số nhiệt động)

Thông số trạng thái là tập hợp các đại lượng vật lý đặc trưng cho tính

chất vĩ mô của hệ: áp suất, khối lượng, nhiệt độ, thể tích…

- Thông số độc lập & thông số phụ thuộc

Phương trình trạng thái

Các phương trình biểu diễn mối liên hệ giữa các thông số độc lập vàthông số phụ thuộc (của một vật) được gọi là phương trình trạng thái (củavật)

Ví dụ: f(p,V,T) = 0 1.2 THÔNG SỐ TRẠNG THÁI VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI

Hàm của trạng thái (ví dụ nội năng U) là một đại lượng vật lý mà ứng

với mỗi trạng thái xác định của hệ, đại lượng đó có một giá trị xác định.Khi trạng thái thay đổi, đại lượng đó nói chung thay đổi

Quá trình

Quá trình là một chuỗi biến đổi liên tiếp các trạng thái

Hàm của quá trình (ví dụ công A, nhiệt Q) là một đại lượng vật lý chỉ

xuất hiện trong quá trình biến đổi trạng thái của hệ

1.3 QUÁ TRÌNH

1 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG CỔ ĐIỂN

Nhiệt độ không tuyệt đối là trạng thái nhiệt động học lý tưởng của vật

chất, trong đó mọi chuyển động nhiệt đều ngừng Nhiệt độ không tuyệtđối được tính là 0°K trong Nhiệt giai Kelvin (-273,15°C hay -459,67°F)

Nhiệt độ là một đại lượng đặc trưng cho mức độ nóng lạnh của hệ Nói

chính xác hơn, nó đặc trưng cho cường độ chuyển động của các phân tửcủa hệ

- Nhiệt giai Celsius (bách phân, độ C), nhiệt giai Kelvin (tuyệt đối, K),

Mô hình khí lý tưởng: xem các phân tử khí là không tương tác với nhau

trừ lúc chúng va chạm và coi kích thước riêng của các phân tử là khôngđáng kể so với khoảng cách giữa chúng, tức là coi chúng như những chấtđiểm

Trong thực tế có thể xem khí ở áp suất không lớn quá và nhiệt độ khôngnhỏ quá như một khí lý tưởng

2 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG

2.1 CÁC ĐỊNH LUẬT THỰC NGHIỆM VỀ CHẤT KHÍ Định luật Boyle – Marriote (cho quá trình đẳng nhiệt): Với một khối khí

xác định (m = const) khi nhiệt độ tuyệt đối T của khối khí không đổi (T =const) thì tích giữa áp suất và thể tích của khối khí là một hằng số:

pV const 

p V p V 

Đường đẳng nhiệt

2.1 CÁC ĐỊNH LUẬT THỰC NGHIỆM VỀ CHẤT KHÍ Định luật Gay – Lussac (cho quá trình đẳng áp): Với một khối khí xác định

(m = const) khi áp suất của khối khí không đổi (p = const) thì thể tích của khốikhí tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối:

2 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG

2.1 CÁC ĐỊNH LUẬT THỰC NGHIỆM VỀ CHẤT KHÍ Định luật Charles (cho quá trình đẳng tích): Với một khối khí xác định (m

= const) khi thể tích của khối khí không đổi (V = const) thì áp suất của khốikhí tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối:

2.2 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG Phương trình Mendeleev – Clapayron (cho 1 mol khí lý tưởng):

pV RT 

- p, V, T – áp suất, thể tích và nhiệt độ của 1 mol khí bất kỳ

- 1 mol khí bất kỳ có chứa NA = 6,023.1023 phân tử, có khối lượng là μ (kg)(gọi là phân tử khối)

2 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG

2.2 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG Giá trị của hằng số R:

Định luật Avogadro: ở cùng một nhiệt độ và áp suất, 1 mol các chất khí khác

nhau đều chiếm cùng 1 thể tích, cụ thể là: khi T0 = 273,16 K, p0 = 1,013.105 Pathì 1 mol khí chiếm 1 thể tích V0 = 22,410.10-3 m3

0 0 0

- Thực nghiệm chứng tỏ:

+ Ở khoảng cách các phân tử đẩy nhau;

+ Ở khoảng cách các phân tử hút nhau;

+ Ở khoảng cách tương tác giữa các phân tử có thể bỏ qua

10 0

3 THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ 3.1 NHỮNG CƠ SỞ THỰC NGHIỆM

- Chuyển động của các phân tử: các phân tử chuyển động hỗn loạn khôngngừng (chuyển động Brown)

- Trong chất khí: Hoàn toàn hỗn loạn

- Trong chất lỏng: Dao động quanh vị trí cân bằng, đồng thời vị trí cân bằnglại dịch chuyển

- Trong chất rắn: Dao động quanh các vị trí cân bằng

3.2 NỘI DUNG THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ

1 Các chất có cấu tạo gián đoạn và gồm một số rất lớn các phân tử.

2 Các phân tử chuyển động hỗn loạn và không ngừng Trong khi chuyển

động chúng va chạm với nhau và va chạm thành bình

3 Kích thước các phân tử rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng; có thể

coi các phân tử như những chất điểm

4 Các phân tử không tương tác với nhau trừ lúc va chạm Sự va chạm giữa

các phân tử với nhau và với thành bình tuân theo quy luật va chạm đàn hồi.Các giả thuyết (1) và (2) thỏa mãn đối với mọi chất khí, còn (3) và (4) chỉđúng với khí lý tưởng

3 THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ

3.3 PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ

Xét 1 cái bình hình lập phương, mật độ phân tử khí là n0 Vận tốc các phân tử

là tới đập vuông góc với thành bình là lực vuông góc tác dụng lên 1 diệntích của thành bình

- Va chạm là đàn hồi nên vận tốc đổi chiều nhưng

độ lớn không thay đổi: v1 = v2 = v

- Xung của lực mà thành bình tác dụng lên phân tửtrong khoảng thời gian bằng độ biến thiênđộng lượng: t

2



- Theo thuyết động học phân tử, các phân tử chuyển động không ngừng, nênđộng năng trung bình khác không và vì thế, nhiệt độ tuyệt đối luôn kháckhông…

3.4 CÁC HỆ QUẢ

Định nghĩa là vận tốc “căn quân phương”, ký hiệu là vc

- Tính vận tốc căn quân phương (hay vận tốc trung bình toàn phương)

N

 N m  A  vc  3RT



- Thế năng tương tác phân tử;

- Động năng và thế năng dao động của các phân tử, nguyên tử;

- Năng lượng của các vỏ điện tử, các nguyên tử và ion, năng lượng trong hạtnhân nguyên tử

Năng lượng của một hệ nhiệt động gồm có:

- Động năng;

- Thế năng trong trường trọng lực;

- Năng lượng bên trong (nội năng) của hệ

3 THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ

3.5 NỘI NĂNG KHÍ LÝ TƯỞNG

- Bỏ qua các tương tác thì nội năng của khí lý tưởng bằng tổng động năng cácphân tử = động năng tịnh tiến + động năng quay

- Bậc tự do i là số tọa độ độc lập cần thiết để xác định vị trí của vật đó trong

không gian

Phân tử đơn nguyên tử: i = 3, bao gồm 3 tọa

độ xác định các chuyển động tịnh tiến

3.5 NỘI NĂNG KHÍ LÝ TƯỞNG

Phân tử lưỡng (2) nguyên tử: i = 5, bao gồm 3 tọa độ xác định các chuyển

động tịnh tiến và 2 tọa độ xác định các chuyển động quay

Phân tử 3 nguyên tử trở

lên (đa nguyên tử) i =

6, bao gồm 3 tọa độxác định các chuyểnđộng tịnh tiến và 3 tọa

độ xác định các chuyểnđộng quay

3 THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ

3.5 NỘI NĂNG KHÍ LÝ TƯỞNG

Định luật phân bố đề năng theo bậc tự do (Định luật Boltzmann): Động

năng trung bình của các phân tử được phân bố đều cho các bậc tự do của các phân tử và có giá trị bằng:

Biểu thức tính nội năng của 1 mol (N A phân tử): U0 NA ikT i RT

4.1 XÁC SUẤT VÀ GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH

Giả sử có n phân tử, giả sử có ni phân tử có vận tốc là vi, vận tốc trung bình:

Trong đó Pi = ni/n gọi là xác suất tìm thấy phân tử có vận tốc vi

v   P v

Giá trị trung bình của bình phương:

4 CÁC ĐỊNH LUẬT PHÂN BỐ PHÂN TỬ

4.2 ĐỊNH LUẬT PHÂN BỐ PHÂN TỬ THEO VẬN TỐC - MAXWELL

dn là số phân tử có vận tốc trong khoảng từ v đến v+dv, thì xác suất của phân

Vận tốc căn quân phương:

0 0

4.3 ĐỊNH LUẬT PHÂN BỐ PHÂN TỬ THEO THẾ NĂNG

Phân bố Maxwell không tính đến sức hút của trái đất lên phân tử Ta nghiên cứu

sự phân bố của phân tử trong trường lực, chẳng hạn trong trọng trường

Công thức khí áp:

Trong đó

- ph là áp suất khí quyển ở độ cao h

- p0 là áp suất của khí quyển trên mặt đất

4 CÁC ĐỊNH LUẬT PHÂN BỐ PHÂN TỬ

4.3 ĐỊNH LUẬT PHÂN BỐ PHÂN TỬ THEO THẾ NĂNG

Ta đã biết mgh = Wt là thế năng của phân tử ở độ cao h trong trọng trường, do

36 HẾT

BÀI TẬP: 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6.

LƯƠNG DUYÊN BÌNH, BÀI TẬP VLĐC, TẬP 1: CƠ – NHIỆT