nhiệt động học chương 1

Mô tả: tài liệu uy tín được biên soạn bởi giảng viên đại học Bách Khoa TPHCM, thuận lợi cho qua trình tự học, nghiên cứu bổ sung kiến thức môn vật lý, vật lý cao cấp, tài liệu từ cớ bản tới nâng cao, bổ sung kiến thức thi học sinh giỏi vật lý, nghiên cứu, công thức có chú thích, đính kèm tài liệu tiếng anh, tiếng pháp Tìa liệu biên soạn dựa trên chuẩn vật lí Châu Âu, sử dụng kí hiệu phổ biến tư trường đại học Paris technique Description: Document prestigieux compilé par la faculté de technologie de lUniversité de Ho Chi Minh Ville, propice à la séquence détude, recherche avancée en physique avancée, physique, matériaux de zéro à avancé , compléter les connaissances dexcellents étudiants en physique, recherche, formule avec notes de bas de page, joindre des documents en anglais, français La compilation est basée sur les standards de physique européens, en utilisant la technique commune de lUniversité de Paris Description: Prestigious document compiled by Ho Chi Minh City University of Technology faculty, conducive to the study sequence, advanced research in advanced physics, physics, materials from scratch to advanced , supplement the knowledge of excellent students in physics, research, formula with footnotes, attach documents in English, French The compilation is based on European physics standards, using the Paris University common technique

Chương 1 Nhiệt động học

Nội dung

• Các mức độ quan sát vĩ mô, trung mô, vi

mô

• Giá trị trung bình và các thăng giáng

• Pt trạng thái – thông số trạng thái

• Đại lượng quãng tính, đại lượng cường tính

Các hệ nhiệt động

• Nhiệt động học NC các hệ vật chất và sự biến đổi của chúng với nhiệt độ T một

thông số quan trọng

Các mức độ quan sát

Hệ : tập hợp các hạt tương tác nhau

Ta không thể đoán được sự tiến triển của mỗi hạt riêng biệt bằng cách áp dụng các định luật cơ học vì 2 lý do:

- Số hạt là lớn => số pt cơ học rất lớn => việc giải hệ pt vi phân là không thể, ngay cả khi bẳng pp số gần đúng có sữ dụng các

máy tính lớn

- Tương tác giữa các hạt chỉ được biết một cách gần đúng

- Tuy nhiên nếu hai trở ngại trên được khắc phục, nghiệm của các pt vi phân mang đặc tính hỗn lạon (chaos)

- Chaos->Lời giải từ 2 cấu hình ban đầu rất gần nhau lại rất khác nhau

Mức độ nhiệt động học hay vĩ mô

• Nhiệt động học không quan sát cấu trúc phân tử của vật chất

• Các đặc tính của vật chất được thể hiện bởi các đại lượng vĩ mô,được đo ở mọi điểm và liên tục Khối lượng riêng, nhiệt độ, áp suất

• Mối liên hệ giữa các đại lượng nhiệt động được xác định trên quy mô vĩ mô, và các đại lượng cơ học, gián đoạn và xác định ở quy mô phân tử là

có bản chất thống kê

Mức độ trung mô

• Trong điều kiện khí quyển thông thường, 1m3 khí chứa 3x1025 phân tử

• Mộ hình lập phương cạnh 1  m, chứa

3x107 phân tử Một thể tích như vậy là nhỏ đối với các thiết bị đo lường của chúng ta, nhưng chứa 1 số đủ lớn phân tử để các

đại lượng nhiệt động có một ý nghĩa Mức

độ trung gian đó được gọi là mức độ

trung mô

Khối lượng riêng 

•  =dm/ d 

• Nếu d  là thể tích vi mô,  gián đoạn., ngoài ra các phân

tử luôn chuyển động, hai lần đo kế tiếp nhau sẽ cho các kết quả khác nhau

• d  là thể tích vĩ mô,  liên tục nhưng không còn thấy

được các biến đội của khối lượng riêng

• d  phải chứa một số đủ lớn để thăng giáng giữa hai lần

đo không đáng kể, d  phải đủ nhò để có thể coi rằng vật chất trong đó là đồng nhất

• => Các phần tử thể tích sử dụng trong nhiêt động học trng biểu thức vi phân phải ở mức độ trung mô

Thăng giáng

• Các đại lượng nhiệt động được xác định ở quy

mô vĩ mô hay trung mô, tính trung bình, tuân

theo các định luật nghiêm ngặt Tuy nhiên các

kQ đo đạc cá biệt có thể khác các giá trị trung

bình

• VD: Xét N phân tử được phân bố trong 2 ô Tính trung bình, số phân tử ở ô (1) là <n>=N/2

+ T/h 1; N=1=><n>=1/2 Nhưng mỗi lần đo n chỉ có thể

là 0, hoặc 1 như vậy n thăng giáng giữa các giá trị 0,

và 1

Thăng giáng (tt)

• T/h 2: Hai phân tử N=2

<n>=1

Trong số 4 cách phân bố, sẽ có

xác suất 50% đo được n=1

Các thăng giáng không lớn

như t/h 1

T/h 3 : N bất kỳ

Với mỗi phân tử có thể 2 vị trí có

thể Số cấu hình tổng cộng là

2 N

Số cấu hình n phân tử tồn tại

trong (1) là bằng số tổ hợp của

n phân tử trong 1 hệ gồm N

phân tử và xác suất P(n) để n

phân tử ở trong (1)

N

n N

2 )! n N

(

! n

!

N )

n ( P

)!

n N

(

! n

!

N C









Thăng giáng (tt)

• P(n)=P(N-n) và P(n) có 1 cực đại Pmax với

n=N/2 ( nếu N chẵn) Các giá trị của n thăng

giáng xung quanh giá trị trung bình

• NC hàm P(n) với N=100

n 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57

P(n) 3.01 3.90 4.85 5.80 6.66 7.35 7.80 7.96 7.80 7.35 6.66 5.80 4.85 3.90 3.01

P(n)/P

max 0.38 0.49 0.61 0.73 0.84 0.92 0.98 1.00 0.98 0.92 0.84 0.73 0.61 0.49 0.38

Thăng giáng (tt)

• Có 86% t/h n nằm

trong khoảng 50-7

và 50+7

( 7 xấp xỉ bằng căn

bậc 2 của <n>=50)

• Giá trị có xác suất lớn

nhất của n là 50 với

độ thăng giáng giữa

50-7 và 50+7

























n n

n n

57 43

86 0 )

n ( P

86 0 )

n ( P









Thăng giáng (tt)

• Việc NC số P(n) với

các giá trị khác của N

cho phép ghi nhận

rằng việc phân bố xác

suất có cùng dạng và

xác suất P(n) là vào

khoảng 0.37 Pmax

khi













2

N 2

N n

Với các giá trị N đủ lớn, số phân tử có mặt tại 1 thời điểm xác định trong mỗi ngăn xấp xỉ <n>=N/2 với độ thăng giáng vào cở









Tỉ suất thăng giáng

• Do chuyển động hỗn

loạn của các phân tử,

các đại lượng vĩ mô

của một hệ gồm n hạt

sẽ thăng giáng xung

quanh giá trị trung

bình của chúng với tỉ

suất thăng giáng

=độ thăng giáng /giá

trị trung bình



 n 1









n n

• Tỉ suất thăng giáng

Cân bằng nhiệt động học

- Giả thiết ergodic

Một giá trị trung bình, thí dụ tb của độ lớn

vận tốc có thể được đnghĩa theo 2 cách :

- Tbình của vận tốc của 1 phân tử trong

khoảng thời gian đủ dài

- Tb của các vận tốc của các phân tử trong

mẫu tại cùng 1thời điểm

- Khi hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt động và

số phân tử đủ lớn, hai giá trị tb đó bằng

nhau ( Giả thiết ergodic )

Nhiệt độ

• Hệ ở cân bằng nhiệt động khi nhiệt độ có giá trị như nhau tại mọi điểm

• Với mỗi hệ vĩ mô, khi không có can thiệp

từ bên ngoài, nhiệt độ có khuynh hướng lấy cùng 1 giá tị cho mọi vật tiếp xúc

• Nhiệt độ là sự thể hiện vĩ mô của năng

lượng chuyển động nhiệt của các phân

tử

Thông số trạng thái- pt trạng thái

• Trạng thái của hệ nhiệt động được mô tả bởi tập hợp các đặc trưng của hệ ở mức độ vĩ mô,

được gọi là thông số trạng thái P,T,V/n (n số

mol)

• Pt trạng thái mối liên hệ giữa các thông số tthái

f(P,T,V/n) = 0

• Đại lượng quãng tính : đại lượng có tính cộng, xác định đối với toàn bộ hệ

- Khối lượng, điện tích

• Đại lượng cường tính , xác định tại 1 điểm,

không có tính cộng

– khối lượng riêng, mật độ điện tích, nhiệt độ, áp suất