Nhiệt động lực học vật rắn chất lỏng sự chuyển pha

Cấu trúc tinh thể - Cấu trúc tinh thể là cấu trúc tạo bởi các hạt liên kết chặt chẻ với nhau bằng những lực tương tác và và sắp xếp theo một trật tự hình học không gian xác định gọi là m

Nhiệt động lực học Vật rắn- Chất lỏng

Sự chuyển pha

A Lý thuyết

I S trao đ i nhi t ự ổ ệ

- Xác đ nh đ bi n thiên nhi t lị ộ ế ệ ượng c a m t v t trong quá trình truy nủ ộ ậ ề nhi t thông qua bi u th c: Q = m.c.ệ ể ứ ∆t

+ Vi t phế ương trình cân b ng nhi t: ∑Q=0ằ ệ

+ Xác đ nh các đ i lị ạ ượng theo yêu c u c a bài toán.ầ ủ

II S chuy n pha( S chuy n th ) ự ể ự ể ể

- Đi m nóng ch y c a m t ch t b t kì có nhi t đ trùng v i đi m đôngể ả ủ ộ ấ ấ ệ ộ ớ ể

đ c c a ch t đó, t i đi m nóng ch y( đi m đông đ c), n u ch t r nặ ủ ấ ạ ể ả ể ặ ế ấ ắ thu nhi t lệ ượng thì nó sẽ nóng ch y, n u ch t l ng t a nhi t lả ế ấ ỏ ỏ ệ ượng thì nó sẽ đông đ c, tặ ương t , t i đi m hóa h i( đi m ng ng t ), n uự ạ ể ơ ể ư ụ ế

ch t l ng thu nhi t lấ ỏ ệ ượng thì nó sẽ hóa h i, n u ch t khí t a nhi t thìơ ế ấ ỏ ệ

nó sẽ ng ng t ư ụ

- Công th c tính nhi t nóng ch y: Q = m ứ ệ ả

+ m (kg): kh i lố ượng

+ (J/kg): Nhi t nóng ch y riêng.ệ ả

- Công th c tính nhi t hóa h i: Q = Lm ứ ệ ơ

+ L(J/kg): Nhi t hóa h i riêng.ệ ơ

+ m (kg) kh i lố ượng ch t l ng.ấ ỏ

+ c (J/kg k): nhi t dung riêng.ệ

Chú ý: Khi s d ng nh ng công th c này c n chú ý là các nhi t lử ụ ữ ứ ầ ệ ượng thu vào ho c t a ra trong quá trình chuy n th Q = m và Q = L.m đ u đặ ỏ ể ể ề ược tính

m t nhi t đ xác đ nh, công công th c Q = m.c (t

nhi t đ thay đ i.ệ ộ ổ

+ L u ý: ư Khi ta s d ng bi u th c ∑Q=0 thì có bao nhiêu nhi t lử ụ ể ứ ệ ượng trao

đ i, ta c ng l i b y nhiêu, tuy t đ i không bi n chuy n công th c tính đổ ộ ạ ấ ệ ố ế ể ứ ộ

bi n thiên nhi t lế ệ ượng

III Các nguyên lý c a nhi t đ ng l c h c ủ ệ ộ ự ọ

D ng 1 : Tính toán các đ i l ạ ạ ượ ng liên quan đ n công, nhi t và đ bi n ế ệ ộ ế thiên n i năng ộ

Áp d ng nguyên lý I: ụ U = A + Q

Trong đó: (J): Đ bi n thiên n i năng.ộ ế ộ

(J): Công

Q(J): Nhi t lệ ượng

 Qui ước d u: ấ

+ n i năng tăng, n i năng gi m.ộ ộ ả + v t nh n công , v t th c hi n công.ậ ậ ậ ự ệ + v t nh n nhi t lậ ậ ệ ượng, v t truy n nhi t lậ ề ệ ượng

+ Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch:

- Quá trình thuận nghịch là quá trình vật tự trở về trạng thái ban đầu mà không cần đến sự can thiệp của vật khác

- Quá trình không thuận nghịch là quá trình chỉ có thể xảy ra theo một chiều xác định, không thể tự xảy ra theo chiều ngược lại Muốn xảy ra theo chiều ngược lại phải cần đến sự can thiệp của vật khác

Chú ý:

- Đ i v i m t l ố ớ ộ ượ ng khí lý t ưở ng:

a Quá trình đ ng tích: nên ẳ

b Quá trình đ ng nhi t: nên Q = -Aẳ ệ

c Quá trình đ ng ápẳ

- Công giãn n trong quá trình đ ng áp:ở ẳ

: Áp su t c a kh i khí.ấ ủ ố : Là th tích lúc đ u và lúc sau c a khí.ể ầ ủ

- Có th tính công b ng công th c: ( n u bài toán không cho Vể ằ ứ ế 2)

Đ n v th tích V (mơ ị ể 3), đ n v c a áp su t p (N/mơ ị ủ ấ 2) ho c (Pa) ặ

D ng 2: Bài toán v hi u su t đ ng c nhi t ạ ề ệ ấ ộ ơ ệ

- Nguyên lý 2 c a nhi t đ ng l c h c: ủ ệ ộ ự ọ M t h l n và không trao đ i năng ộ ệ ớ ổ

lượng v i môi trớ ường sẽ có entropy luôn tăng ho c không đ i theo th i ặ ổ ờ gian

- Cách phát biểu của Clausius: Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang vật nóng hơn

- Cách phát biểu của Carnot: Động cơ nhiệt không thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học

- Quy ước: + Nhiệt lượng nguồn nhiệt truyền: > 0

+ Nhiệt lượng nguồn lạnh nhận: < 0

- Hi u su t th c t : H = (%) ệ ấ ự ế

- Hi u su t lý tệ ấ ưởng( Hi u su t c c đ i): Hệ ấ ự ạ max = 1 - và H Hmax

+ B t đ ng th c Clausius: ấ ẳ ứ < 0

IV V t r n ậ ắ :

1 Cấu trúc tinh thể

- Cấu trúc tinh thể là cấu trúc tạo bởi các hạt liên kết chặt chẻ với nhau bằng những lực tương tác và và sắp xếp theo một trật tự hình học không gian xác định gọi là mạng tinh thể, trong đó mỗi hạt luôn dao động nhiệt quanh vị trí cân bằng của nó

- Chất rắn có cấu trúc tinh thể gọi là chất rắn kết tinh

- Kích thước tinh thể của một chất tuỳ thuộc quá trình hình thành tinh thể diễn biến nhanh hay chậm : Tốc độ kết tinh càng nhỏ, tinh thể có kích thước càng lớn

2 Các đặc tính của chất rắn kết tinh

- Các chất rắn kết tinh được cấu tạo từ cùng một loại hạt, nhưng cấu trúc tinh thể không giống nhau thì những tính chất vật lí của chúng cũng rất khác nhau

- Mỗi chất rắn kết tinh ứng với mỗi cấu trúc tinh thể có một nhiệt độ nóng chảy xác định không dổi ở mỗi áp suất cho trước

- Chất rắn kết tinh có thể là chất đơn tinh thể hoặc chất đa tinh thể Chất đơn tinh thể có tính dị hướng, còn chất đa tinh thể có tính đẵng hướng

3 Chất rắn vô định hình

- Chất rắn vô định hình là các chất không có cấu trúc tinh thể và do đó không có dạng hình học xác định

- Các chất rắn vô định hình có tính đẵng hướng và không có nhiệt độ nóng chảy xác định Khi bị nung nóng, chúng mềm dần và chuyển sang thể lỏng

- Một số chất rắn như đường, lưu huỳnh, … có thể tồn tại ở dạng tinh thể hoặc

vô định hình

V S bi n d ng do l c c h c tác d ng c a v t r n (Bi n d ng ự ế ạ ự ơ ọ ụ ủ ậ ắ ế ạ

c ) ơ

- Đ nh lu t Hooke: ị ậ Fđh = k

Trong đó: k = E

+ k ( N/m) đ c ng ( H s đàn h i) ộ ứ ệ ố ồ

+ E ( N/m2 hay Pa) : Su t Young( Su t đàn h i) ấ ấ ồ

+ S (m2) : Ti t di n.ế ệ

lo (m): Chi u dài ban đ uề ầ

- Đ bi n d ng t đ i: ộ ế ạ ỉ ố

- Di n tích hình tròn: ệ

+ d(m): Đường kính hình tròn

+ r(m): Bán kính hình tròn

Bài toán c t lò xo: ắ Đ c ng c a lò xo t l ngh ch v i chi u dài: ộ ứ ủ ỉ ệ ị ớ ề

VI S n vì nhi t c a v t r n (Bi n d ng nhi t) ự ở ệ ủ ậ ắ ế ạ ệ

D ng 1 S n dài ạ ự ở

- Công th c tính đ n dài: = - ứ ộ ở 0 = 0t

Với là chi u dài ban đ u t i tề ầ ạ 0

- Công th c tính chi u dài t i ứ ề ạ :

Trong đó : : H s n dài (Kệ ố ở -1)

= S n đ ự ở ườ ng kính và s n bán kính ự ở :





Trong đó :

+ r(m) : Bán kính hình tròn

+ d(m) : Đường kính hình tròn

+ c(m) : Chu vi đường tròn

= S n di n tích ự ở ệ :

D ng 2 S n kh i ạ ự ở ố

- Công th c đ n kh iứ ộ ở ố : V=V–V0 = V0 t

- Công th c tính th tích t i ứ ể ạ : V = Vo (1 +

V i Vớ 0 là th tích ban đ u t i tể ầ ạ 0

+ L u ý ư : ≈ 3 : H s n kh i (Kệ ố ở ố -1)

= V kh i l ề ố ượ ng riêng :

VII S c căng m t ngoài ứ ặ

+ L u ý: M i m t thoáng có m t màng căng ư ỗ ặ ộ

D ng 1 : Tính toán các đ i l ạ ạ ượ ng trong công th c s c căng m t ngoài ứ ứ ặ

c a ch t l ng ủ ấ ỏ

- L c căng b m t ch t l ng : = ự ề ặ ấ ỏ

(N/m) : H s căng m t ngoài ệ ố ặ

(m) : Chi u dài c a đề ủ ường gi i h n có s ti p xúc gi a ch t l ng và ch tớ ạ ự ế ữ ấ ỏ ấ

r n.ắ

Chú ý : C n xác đ nh bài toán cho m y màng căng.ầ ị ấ

D ng 2 : Tính l c c n thi t đ b t( nâng) v t ra kh i ch t l ng ạ ự ầ ế ể ứ ậ ỏ ấ ỏ

- Đ nâng để ược :

- L c t i thi u : ự ố ể

Trong đó :

+ P = mg : Tr ng lọ ượng c a v tủ ậ

+ : L c căng b m t c a ch t l ngự ề ặ ủ ấ ỏ

- Thông thường, sẽ có 2 màng căng tác d ng lên m t v t đ t trong ch tụ ộ ậ ặ ấ

l ng (ch t l ng ch a ng p hoàn toàn v t), lúc này l c căng đỏ ấ ỏ ư ậ ậ ự ược tính :

- Trong trường h p v t là m t vòng xuy n, ho c m t khung:ợ ậ ộ ế ặ ộ

+ Khi b dày c nh không đáng k :ề ạ ể

+ Khi b dày c nh là đáng k :ề ạ ể

D ng 3: Bài toán v hi n t ạ ề ệ ượ ng nh gi t c a ch t l ng ỏ ọ ủ ấ ỏ

- Trong trường h p này, ch có m t màng căng.ợ ỉ ộ

- Đ u tiên gi t nầ ọ ước to d n nh ng ch a r i xu ng ầ ư ư ơ ố

- Ngay t i lúc gi t nạ ọ ướ ơc r i:

( là chu vi mi ng ng) ệ ố

Ho c: ặ

Trong đó:

+ n: S gi t nố ọ ước

+ M: Kh i lố ượng nước trong ng.ố

+ V( m3): Th tích nể ước trong ng ố

+ D(kg/m3): Kh i lố ượng riêng ch t l ngấ ỏ

+ d (m): Đường kính mi ng ngệ ố

D ng 4: Hi n t ạ ệ ượ ng dính ướ t và không dính ướ t- Mao d n ẫ

- N u:ế

+ L c tự ương tác gi a các phân t ch t l ng v i nhau m nh h n l cữ ử ấ ỏ ớ ạ ơ ự

tương tác gi a các phân t ch t l ng và ch t r n => Ch t l ng không bữ ử ấ ỏ ấ ắ ấ ỏ ị dính ướt (b m t ch t l ng d ng l i).ề ặ ấ ỏ ạ ồ

+ L c tự ương tác gi a các phân t ch t l ng v i nhau y u h n l c tữ ử ấ ỏ ớ ế ơ ự ương tác gi a các phân t ch t l ng và ch t r n => Ch t l ng b dính ữ ử ấ ỏ ấ ắ ấ ỏ ị ướt (bề

m t ch t l ng d ng lõm).ặ ấ ỏ ạ

+ L u ý: ư Hi n tệ ượng dình ướt và không dính ướ ượt đ c dùng đ làm giàuể

qu ng trong công nghi p theo phặ ệ ương pháp tuy n n i ể ổ

=> Hi n tệ ượng mao d n.ẫ

M c chênh l ch ch t l ng do hi n tự ệ ấ ỏ ệ ượng mao d n.ẫ

Trong đó:

+ h(m): M c chênh l ch ch t l ng so v i ngoài ng.ự ệ ấ ỏ ớ ố

+ (N/m): H s căng m t ngoài.ệ ố ặ

+ d (m): Đường kính mi ng ng.ệ ố

+ D(kg/m3): Kh i lố ượng riêng ch t l ng.ấ ỏ

- Ứng dụng:

+ Các ống mao dẫn trong bộ rễ và thân cây dẫn nước hoà tan khoáng chất lên nuôi cây

+ Dầu hoả có thể ngấm theo các sợi nhỏ trong bấc đèn đến ngọn bấc để cháy

VIII Đ m không khí: ộ ẩ

1 Độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm cực đại

a Độ ẩm tuyệt đối

- Độ ẩm tuyệt đối a của không khí là đại lượng được đo bằng khối lượng hơi nước tính ra gam chứa trong 1m3 không khí

- Đơn vị của độ ẩm tuyệt đối là g/m3

b Độ ẩm cực đại

- Độ ẩm cực đại A là độ ẩm tuyệt đối của không khí chứa hơi nước bảo hoà Giá trị của độ ẩm cực đại A tăng theo nhiệt độ

- Đơn vị của độ ẩm cực đại là g/m3

2 Độ ẩm tỉ đối

- Độ ẩm tỉ đối f của không khí là đại lượng đo bằng tỉ số phần trăm giữa độ ẩm tuyệt đối a và độ ẩm cực đại A của không khí ở cùng nhiệt độ :

hoặc tính gần đúng bằng tỉ số phần trăm giữa áp suất riêng phần p của hơi nước

và áp suất pbh của hơi nước bảo hoà trong không khí ở cùng một nhiệt độ

- Không khí càng ẩm thì độ ẩm tỉ đối của nó càng cao

- Có thể đo độ ẩm của không khí bằng các ẩm kế : ẩm kế tóc, ẩm kế khô – ướt,

ẩm kế điểm sương