Giáo trình vật lý đại cương phần 2 đỗ quang trung (chủ biên)

PHẦN B NHIỆT HỌC Chương NGUYÊN LÍ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC 6.1 Mở đầu 6.1.1.Thuyết cấu tạo phân tử chất Vật chất cấu tạo nguyên tử phân tử Ngày ta biết phân tử gồm nhiều nguyên tử, nguyên tử gồm điện tử hạt nhân Các hạt nhân lại gồm proton neutron Các proton neutron lại cấu tạo từ hạt "quack" Từ kỷ IV trước công nguyên Demôcrit cho vật chất cấu tạo từ nguyên tử phân tử, ông quan niệm rằng: Các nguyên tử, phân tử chất khác có hình dạng kích thước khác có chất Đến kỷ XIIX Lômônôxốp phác hoạ: nguyên tử, phân tử cầu vỏ ngồi sần sùi ln chuyển động tịnh tiến, hỗn loạn, va chạm vào chúng sinh chuyển động quay Khi chất khí đựng bình chứa, phân tử khí va đập khơng ngừng lên thành bình Như vậy, nhiệt độ nội khí phải liên quan đến động phân tử khí Thuyết động học chất khí bắt nguồn từ luận điểm 6.1.2 Đối tượng, nhiệm vụ phương pháp nghiên cứu Vật lí phân tử nhiệt học Thực tế có nhiều tượng liên quan đến trình xảy bên vật; thí dụ: vật nóng lên ma sát, nóng chảy bốc bị đốt nóng Những tượng liên quan đến dạng chuyển động vật chất, chuyển động nhiệt Chuyển động nhiệt đối tượng nghiên cứu nhiệt học Để nghiên cứu chuyển động nhiệt người ta dùng hai phương pháp: Phương pháp thống kê ứng dụng phần vật lí phân tử Phương pháp thống kê phân tích q trình xảy phân tử, nguyên tử riêng biệt dựa vào qui luật thống kê để tìm qui luật chung tập hợp phân tử giải thích tính chất vật Phương pháp thống kê dựa cấu tạo phân tử chất, cho biết cách sâu sắc chất tượng Tuy nhiên số trường hợp việc ứng dụng phương pháp tương đối phức tạp Phương pháp nhiệt động ứng dụng phần nhiệt động học Nhiệt động học ngành vật lí nghiên cứu điều kiện chuyển hóa lượng từ dạng sang dạng khác nghiên cứu chuyển hóa mặt định lượng Phương pháp nhiệt động dựa nguyên lí rút từ thực nghiệm nguyên lí thứ nguyên lí thứ nhiệt động học Nhờ ngun lí này, khơng cần ý đến cấu tạo phân tử vật ta rút nhiều kết luận tính chất vật điều kiện khác Mặc dù có hạn chế chỗ khơng giải thích sâu sắc chất tượng nhiều vấn đề thực tế nhiệt động học cho ta cách giải đơn giản 145 6.1.3 Một lịch sử nhiệt động học Lịch sử nhiệt động học nối tiếp quanh việc hiểu ba khái niệm nhiệt độ, “nhiệt” lượng Ngay nhiệt động học đại nghiên cứu vấn đề tổng qt hơn, mơn khoa học hình thành thời điểm mà ba khái niệm hình thành cách đắn 6.1.3.1 Từ thời văn minh cổ đại đến LAVOISIER a Xác định vị trí nhiệt độ Nóng lạnh cảm giác thường gặp Đến tận thời kì Trung Cổ khái niệm nhiệt bị lẫn lộn với khái niệm nhiệt độ, liên hệ chặt chẽ với lửa Một số dụng cụ, máy nhiệt nghiệm, chế tạo làm bật tăng lên nhiệt độ cách sử dụng dãn nở khơng khí Kể từ thời Phục Sinh, vật lí trở thành mơn khoa học định lượng nhiệt biểu thực xuất Một giáo sư y học trường đại học tổng hợp Padoue năm 1612 mô tả thiết bị dùng để theo dõi tiến triển sốt: ampun thủy tinh chứa không khí đặt miệng bệnh nhân, nối với uống chữ U đầy nước; khơng khí bị dãn nở đẩy nước hiệu mức nước hai ống cho phép xác định nhiệt độ Năm 1654 nhiệt biểu rượu xác nhiều chế tạo Florence Việc đo đạc nhiệt độ trở thành thao tác lặp lặp lại cách theo dõi thang phổ cập Daniel Fahreheit (1686 - 1736) đề nghị thang đo nhiệt độ, gần với thang đo nhiệt độ sử dụng số nước (nước Anh,…), dựa dãn nở thủy ngân ống hình trụ Theo qui ước ơng gán cho điểm nóng chảy nước đá 320, nhiệt độ thông thường thể người 960 Các nhiệt độ tùy ý tránh việc sử dụng số âm với nhiệt độ mùa đông thông thường Châu Âu Thang nhiệt độ Fahreheit sử dụng ấn định nhiệt độ tan nước đá 32 0F nhiệt độ sơi nước áp suất khí 2120F Anders Celsius năm 1741 đề xuất thang nhiệt độ bách phân dựa dãn nở thủy ngân sử dụng Cuộc cách mạng Pháp khuyến cáo hợp lí hóa hệ đo sử dụng cách có hệ thống hệ thập phân thang hợp pháp Công ước 1794 qui định “một độ nhiệt phần trăm khoảng cách nhiệt độ nước đá nhiệt độ nước sơi” b Các lí thuyết nhiệt Nóng lạnh lần cảm nhận tính chất đặc trưng cho vật mà số người so sánh với màu sắc Vào kỉ XVIII nhà thực nghiệm trộn chất lỏng với nhiệt độ khác nhau, nhúng chất rắn nóng vào chất lỏng lạnh… Họ nhận thức “nhiệt” truyền từ vật sang vật khác Các thí nghiệm cho phép định nghĩa xác định vật nhiệt dung riêng tỉ số nhiệt lượng nhận đơn vị khối lượng độ tăng nhiệt độ vật Mọi nhiệt dung riêng so sánh với nhiệt dung riêng vật chuẩn Thỉnh thoảng để đo “nhiệt lượng trao đổi” người ta dùng “calo” định nghĩa nhiệt mà gam nước nhận nhiệt độ tăng thêm độ 146 Các nhà vật lí lí thuyết thời đó, cho dù nghiên cứu họ khả thực nghiệm họ, khơng thể có từ giải thích cách thỏa đáng tượng nhiệt lí chủ yếu sau: - Họ cho vật chất chứa lượng đại lượng gọi “nhiệt” liên quan chặt chẽ đến nhiệt độ vật: Một vật nóng chứa nhiều nhiệt Một quan niệm cho phép giải thích thỏa đáng thí nghiệm thực vật tích biến đổi chất rắn hay chất lỏng; không giải thích chất khí lại nóng lên người ta nén - Họ khơng hiểu thấu mối liên hệ lượng “nhiệt” Như thấy lí thuyết đại, thiết lập kỉ tiếp theo, dựa khái niệm bảo toàn lượng; “nhiệt” dạng trao đổi lượng Các lí thuyết liên quan đến chất “nhiệt” chia thành lĩnh vực: - Giải thích động học: “Nhiệt” coi kết chuyển động hỗn loạn vi mô Quan niệm gần với lí thuyết chất đại lượng chưa định rõ Bernoulli (1700-1782) Laplace (1749-1827), số nhà toán học học tiếng khác tạo thành nhóm người bảo vệ lí thuyết – nhóm ỏi số nhà khoa học đương thời - Chất lỏng nhiệt: Vào thời kì Daniel Bernoulli khó tưởng tượng q trình truyền nhiệt thực thể phi vật chất Như theo ý kiến thơng dụng “nhiệt” cấu tạo hạt nhỏ hay chất lỏng truyền “lỗ” vật chất Lavoisier (1743-1794) người bảo vệ tiếng việc giải thích ơng gọi chất lỏng “chất lỏng nhiệt”; coi số chất đơn giản hay nguyên tố Lí thuyết chất nhiệt chiếm ưu suốt đầu kỉ 19 người ta từ bỏ khái niệm “nhiệt” đại lượng xác định cụ thể chứa vật Piere Simon Laplace 6.1.3.2 Khoa học máy Antoine Laurent de Lavoisier a Máy nước Các máy nước chế tạo vào kỷ XVIII Nhà bác học xứ Êcôt James Watt (1736 - 1819) hoàn thiện chúng năm 1780 Bắt đầu từ việc ứng dụng máy nước triển khai nhanh chóng vận tải công nghiệp Các kĩ sư lúc đầu tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để hoàn thiện máy Về sau cổ vũ nhà cầm quyền, nhà khoa học nghiên cứu xác tính chất nước tìm điều kiện cho phép giảm thiểu việc tiêu thụ nhiên liệu để nhận công học Các cơng trình đời mơn khoa học mới: Nhiệt động học 147 b Nicolas Léonard Sadi Carnot Tuy nhiên, đời thật môn nhiệt động học phải chờ đến kỉ thứ 19 với tên nhà vật lí người Pháp Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832) với sách ông mang tên "Ý nghĩa nhiệt động động ứng dụng loại lượng này" Ông nghiên cứu cỗ máy gọi động nhiệt: hệ nhận nhiệt từ nguồn nóng để thực cơng dạng học đồng thời truyền phần nhiệt cho nguồn lạnh Chính từ dẫn định luật bảo toàn lượng (tiền đề cho nguyên lí thứ nhiệt động học), đặc biệt, khái niệm trình Sadi Carnot thuật nghịch mà sau liên hệ chặt chẽ với ngun lí thứ hai Ơng bảo vệ cho ý kiến Lavoisier nhiệt truyền dựa vào tồn dòng nhiệt dịng chất lưu, khơng đến khẳng định tương đương nhiệt công học c Một số nhà khoa học khác Những khái niệm công nhiệt nghiên cứu kĩ lưỡng nhà vật lí người Anh James Prescott Joule (1818-1889) phương diện thực nghiệm nhà vật lí người Đức Robert von Mayer (1814-1878) phương diện lí thuyết xây dựng từ sở chất khí Cả hai tới kết tương đương công nhiệt năm 1840 đến định nghĩa q trình chuyển hố lượng Chúng ta biết đời nguyên lí thứ nhiệt động học công lao to lớn Mayer Nhà vật lí người Pháp Émile Clapeyron (1799-1864) đưa phương trình trạng thái chất khí lí tưởng vào năm 1843 Tuy nhiên, đến năm 1848 khái niệm nhiệt độ nhiệt động học định nghĩa cách thực nghiệm kelvin nhà vật lý người Anh, nhà quý tộc có tên Sir William Thomson hay cịn gọi Lord Kelvin (1824-1907) Chúng ta không nên nhầm lẫn ông với nhà vật lí họ Joseph John Thompson (1856-1940), người khám phá electron phát triển lí thuyết hạt nhân Nguyên lí thứ hai nhiệt động học giới thiệu Lord Kelvin cách gián tiếp kết Sadi Carnot cơng thức hố cách xác nhà vật lí người Đức Rudolf Clausius (1822-1888) - người đưa khái niệm entropy vào năm 1860 Cũng cần phải nhắc đến nhà vật lí người Áo Ludwig Boltzmann (1844-1906), người góp phần khơng nhỏ việc đón nhận entropy theo quan niệm thống kê phát triển lí thuyết chất khí vào năm 1877 Tuy nhiên, đau khổ người thời không hiểu công nhận, ông tự tử tài nở rộ Chỉ đến sau tên tuổi ơng Rudolf Clausius 148 công nhận người ta khắc lên mộ ông, thành phố Vienne, công thức tiếng W = k.logO mà ơng tìm Cuối cùng, để kết thúc lược sử ngành nhiệt động học, xin nhắc đến nhà vật lí người Bỉ gốc Nga Ilya Prigonine (sinh năm 1917)- người nhận giải Nobel năm 1977 phát triển cho ngành nhiệt động học không cân 6.2 Một số khái niệm 6.2.1 Trạng thái - Thơng số trạng thái - Phương trình trạng thái Trạng thái vật hình thức tồn tại vật đó, trạng thái vật xác định tập hợp tính chất vật lí vật; Khi tính chất vật lí thay đổi trạng thái vật thay đổi - Trạng thái vi mô trạng thái phần tử cấu tạo nên tồn vật Trong vật lí, trạng thái vi mô trạng thái phân tử hay nguyên tử - Trạng thái vĩ mô trạng thái tồn thể (vật khảo sát), trạng thái có chứa nhiều trạng thái vi mơ Mỗi tính chất vật lí dùng để xác định trạng thái vật đặc trưng đại lượng vật lí, đại lượng vật lí gọi thơng số trạng thái vật Trạng thái vật xác định nhiều thông số trạng thái Tuy nhiêu số có số thơng số trạng thái độc lập với thơng số cịn lại phụ thuộc vào thơng số nói Phương trình biểu diễn mối liên hệ thông số trạng thái vật gọi phương trình trạng thái (của vật đó) Thí dụ: để biểu diễn trạng thái nhiệt khối khí định người ta thường dùng thơng số trạng thái thể tích (V), áp suất (P), nhiệt độ (T) Thực nghiệm chứng tỏ thơng số có thông số độc lập, nghĩa thông số có mối liên hệ biểu diễn phương trình trạng thái có dạng tổng qt sau: F(P,V,T) = Việc khảo sát dạng cụ thể phương trình trạng thái vấn đề nhiệt học * Hệ nhiệt động: Hệ nhiệt động hệ gồm nhiều phần tử hợp thành; Các thông số trạng thái hệ thông số trạng thái vĩ mô - Các phần tử hệ gọi ngoại vật hay phần tử môi trường - Hệ gọi lập hệ khơng có trao đổi vật chất lượng với môi trường xung quanh; Hệ gọi kín hệ trao đổi lượng mà không trao đổi vật chất với môi trường xung quanh; Hệ gọi mở hệ có trao đổi vật chất lượng với môi trường xung quanh Hệ nhiệt động xét chương trình hệ nhiệt động khơng có chuyển động định hướng hệ (chuyển động tập thể - chuyển động có trật tự) hệ khơng đặt trường lực 149 6.2.2 Áp suất nhiệt độ 6.2.2.1 Áp suất Áp suất thông số trạng thái đặc trưng cho lực nén vng góc tác dụng lên bề mặt - Nếu gọi F lực nén vng góc tác dụng lên bề mặt có diện tích S P F (N/m2) S (6.1) - Các đơn vị thường dùng để áp suất: Newton/m2 (N/m2), Pascal (Pa), Átmốtphe (at) milimét Thủy ngân (mmHg) 1Pa = 1N/m2 1at = 9,81.104 N/m2 = 736 mmHg Giả sử có chất khí chứa bình kín, tác dụng lên thành bình áp suất (p) Áp suất phân tử khí chuyển động va chạm vào thành bình với vận tốc (v) gây nên Có thể tính áp suất theo biểu thức sau: P  m.n0 vi2 (6.2) Với m khối lượng chất khí, n0 mật độ phân tử khí, vi vận tốc phân tử khí 6.2.2.2 Nhiệt độ Nhiệt độ vật cho ta cảm giác mức độ nóng lạnh vật Cụ thể nhiệt độ vật A lớn nhiệt độ vật B ta nói vật A “nóng“ vật B, hay vật B “lạnh” vật A Tuy nhiên, điều mang tính tương đối, cảm giác nóng, lạnh phụ thuộc vào người trường hợp cụ thể (nghĩa mang tính chủ quan) Tính chất nóng, lạnh mà ta cảm nhận vật liên quan đến lượng chuyển động nhiệt phân tử Vì thế, nhiệt độ định nghĩa cách xác sau: Nhiệt độ đại lượng vật lý, đặc trưng cho tính chất vĩ mơ vật (hay hệ vật), thể mức độ nhanh, chậm chuyển động hỗn loạn phân tử vật (hay hệ vật) Nhiệt độ liên quan đến lượng chuyển động nhiệt (động năng) phân tử Tuy nhiên, thực tế ta dùng đơn vị lượng để đo nhiệt độ vì: ta khơng thể đo trực tiếp lượng chuyển động nhiệt, lượng lại nhỏ Vì ta dùng đơn vị nhiệt độ độ (o) Tùy theo cách chia độ mà ta có nhiệt giai khác Để xác định nhiệt độ người ta dùng nhiệt kế Nguyên tắc nhiệt kế dựa vào độ biến thiên cách đặn đại lượng độ dài, thể tích, áp suất tác nhân (thanh kim loại dài, khối chất lỏng) đốt nóng làm lạnh suy nhiệt độ tương ứng Khi nhiệt kế vật tiếp xúc với chúng tiến tới cân nhiệt Số đọc nhiệt kế lấy làm nhiệt độ vật Q trình cho phép đo nhiệt độ hợp lí tiện dụng theo quan điểm nhiệt động lực học 150 “nếu hai vật A B vật cân nhiệt với vật thứ (nhiệt kế) A B cân nhiệt với nhau” Nhiệt kế thường dùng nhiệt kế thủy ngân Trong nhiệt kế nhiệt độ xác định thể tích khối thủy ngân định Để chia độ nhiệt kế thủy ngân người ta nhúng vào nước sôi áp suất 1,033at (bằng áp suất khí điều kiện bình thường) ghi mức thủy ngân là100 Sau nhúng vào nước đá tan (cũng áp suất 1,033at) ghi mức thủy ngân Đem chia đoạn thành 100 phần nhau, độ chia tương ứng với độ Như vậy, ta có thang nhiệt độ gọi thang nhiệt độ bách phân (hay thang nhiệt độ Celcius) Trong thang này, nhiệt độ ký hiệu OC Ngồi thang bách phân, cịn dùng thang nhiệt độ tuyệt đối (còn gọi thang nhiệt độ Kelvin); độ chia thang tuyệt đối độ chia thang bách phân độ không thang tuyệt đối ứng với -273,16 thang bách phân Trong thang này, đơn vị nhiệt độ Kelvin, kí hiệu K Gọi T nhiệt độ thang tuyệt đối, t nhiệt độ thang bách phân, ta có cơng thức: T = t + 273,16 Trong tính tốn đơn giản ta thường lấy: T = t + 273 (6.3) Nhiệt giai Kelvin gọi nhiệt giai quốc tế Ngồi cịn có thang đo nhiệt độ Fahrenheit định nghĩa: TF = t  32 (6.4) * Chú ý: Trong vật lí phân tử xác định động trung bình chuyển động hỗn loạn hạt vi mô liên quan đến nhiệt độ tuyệt đối biểu thức: kT  Wđ Ta thấy T = Wđ = Điều chứng tỏ thực tế không đạt đến khơng độ kelvin, muốn phân tử khí phải đứng n, khơng cịn chuyển động nhiệt hỗn loạn - mâu thuẫn với thuyết động học phân tử Chính (K) gọi độ khơng tuyệt đối nhiệt giai Kelvin cịn gọi nhiệt giai tuyệt đối 6.3 Các định luật thực nghiệm chất khí Phương trình trạng thái khí lí tưởng 6.3.1 Các định luật thực nghiệm chất khí Nghiên cứu tính chất chất khí thực nghiệm, người ta tìm định luật nêu lên liên hệ thông số áp suất, thể tích nhiệt độ Cụ thể người ta xét trình biến đổi trạng thái khối khí trong thơng số có giá trị giữ khơng đổi, q trình: - Đẳng nhiệt: nhiệt độ khơng đổi - Đẳng tích: thể tích khơng đổi - Đẳng áp: áp suất không đổi 151 6.3.1.1 Định luật trình đẳng nhiệt: Định luật Boyle - Mariotte Robert Boyle (1627–1691), người cho định nghĩa khả dụng nguyên tố, quan tâm đến tượng xảy khoảng không Khi chế tạo bơm chân khơng để hút khơng khí khỏi bình chứa, ơng nhận thấy đặc tính thường gặp lúc ta dùng bơm tay để làm căng lốp xe bóng đá, hay lúc bóp méo bóng bay mà khơng làm nổ Khi đó, khí nén ép, dội ngược lại mạnh mẽ Boyle gọi điều “lị xo khơng khí”, tiến hành đo đạc với thiết bị đơn giản Hình - 1a b Boyle giam lại chút khí ống chữ J Hình 6-1a, nén lại cách đổ dần thủy ngân vào miệng ống (b) Trong thí nghiệm này, lúc tổng áp suất lên lượng khí bị giam áp suất khí cộng với áp suất gây cột thủy ngân vượt thêm (h) Dữ liệu gốc Boyle áp suất–thể tích chất khí cho Bảng 6-1 Dù ông không tỉ mỉ việc giữ ngun nhiệt độ khí, có lẽ nhiệt độ thay đổi chút Boyle ghi sức nóng từ lửa nến gây ảnh hưởng đáng kể đến biểu ứng xử chất khí Hình 6-1 Minh họa thí nghiệm Boyle (a) Thiết bị ống chữ J đơn giản Boyle dùng để đo áp suất thể tích Khi mực thủy ngân hai nhánh ngang áp suất tác dụng lên mẫu khí với áp suất khí (b) Áp suất lên mẫu khí tăng cường cách cho thêm thủy ngân vào ống (c) Ống tiếp khí (buret), thiết bị tuân theo quy luật giống với ống chữ J Mẫu khí chịu áp suất khí (d) Áp suất tác dụng lên mẫu khí tăng cường cách nâng cao bình thủy ngân Ở (a) (b), mặt cắt ngang ống chữ J coi khơng đổi, chiều cao mẫu khí số đo thể tích Ở (c) (d) thể tích mẫu khí đo vạch buret kiểm định 152 Bảng 6-1 Số liệu gốc Boyle liên hệ áp suất thể tích khơng khí Dựa bảng số liệu thực nghiệm, Boyle phát với lượng cho trước loại khí nào, nhiệt độ khơng đổi, liên hệ P V viết gần xác PV = const Để so sánh mẫu khí nhiệt độ điều kiện áp suất thể tích khác nhau, định luật Boyle viết cách tiện lợi là: P1 V1 = P2 V2 với số để biểu thị điều kiện khác Các kết luật Boyle đồng thời nhà khoa học Edme Mariotte (1620 -1684) tìm Từ phát biểu thành định luật mang tên Boyle – Mariotte trình biến đổi trạng thái khối khí nhiệt độ khơng thay đổi * Định luật: Trong trình đẳng nhiệt, áp suất P thể tích V khối lượng khí xác định biến đổi tỷ lệ nghịch với theo công thức: P1V1  P2V2  PV  const (6.5) * Đường đẳng nhiệt: Đường đẳng nhiệt đường biểu diễn biến thiên áp suất theo thể tích nhiệt độ không đổi * Đồ thị: - Đường đẳng nhiệt hệ tọa độ OVP đường cong (giống đường Hypecbol) tiệm cận với trục tọa độ 153 P P2’ - Quá trình 1-2’: trình nén đẳng nhiệt 2’ - Quá trình 1-2: trình dãn đẳng nhệt - Họ đường đẳng nhiệt tập hợp đường đẳng nhiệt khối khí xác định ứng với nhiệt độ khác Họ đường đẳng nhiệt song song với nhau, nhiệt độ cao đường đẳng nhiệt xa gốc tọa độ P1 T1 P2 O T2 V2’ V1 V2 V Hình 6-2 Đường đẳng nhiệt 6.3.1.2 Định luật trình đẳng áp: Định luật Gay-Lussac Chúng ta biết đốt nóng, khí giãn nở với giảm khối lượng riêng Vì vậy, bóng bay bơm khí nóng bay cao lên Khoảng 100 năm sau Boyle lập nên định luật mang tên ơng, Gay - Lussac đo ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ đến thể tích mẫu khí Phép đo thực dễ dàng thiết bị hình 6-3 Thiết bị gồm có ống mao dẫn nhỏ nhiệt kế găn với thang chia độ, tất thả vào bình chứa dầu nóng Khi hệ thống nguội lại, dầu dâng lên ống, chiều dài cột khơng khí nhiệt độ sau khoảng thời gian lại ghi lại Với ống mao dẫn có tiết diện khơng đổi chiều dài cột khơng khí bên ống độ đo thể tích khí Vì vậy, miễn miệng ống giữ cố định so với mực dầu bình chứa áp suất ống sẽ khơng đổi Hình 6-3 Xác định thực nghiệm mối quan hệ thể tích nhiệt độ chất khí Một vài điểm số liệu mẫu chấm lên Hình 6-4: chúng cho thấy đồ thị V theo T đường thẳng với điểm giao cắt ngoại suy –273° theo thang nhiệt độ C, hay –460° theo thang Fahrenheit Charles biểu diễn định luật dạng: V = c(t + 273) Trong V thể tích mẫu khí, t nhiệt độ theo thang độ 0C, c số tỉ lệ Hình 6-4 biểu đồ số liệu thu từ thí nghiệm Hình 6-3, cho thấy thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối Cũng số liệu ghi theo thang độ 0C nên đồ thị cịn dùng để xác định nhiệt độ khơng tuyệt đối Lưu ý xem cách sai số nhỏ độ dốc đường thẳng qua điểm 154 Hình 6-4 - Khi mở khóa K : Dòng giảm dần từ dòng cực đại (imax  I  0) Trong mạch xuất dòng tự cảm chiều với dòng giảm itp  i0  itc  i0 ( dòng giảm chậm đi) Kết : Nhiệt tỏa mạch lớn lượng nguồn sinh - áp dụng định luật Ôm cho mạch điện lúc đóng K ( Thành lập dịng điện) Ta có :    tc  i.R Trong  tc   L di Với R điện trở toàn mạch dt   L Suy di  i.R dt   i.R  L di dt Nhân hai vế với i.dt ta được:  i.dt  i R.dt  L.i.di Ta thấy :  i.dt điện nguồn cung cấp thời gian dt i R.dt nhiệt toả toàn mạch thời gian dt Vậy L.i.di lượng tiềm tàng (năng lượng từ trường) mạch thời gian dt dWm  L.i.di Trong q trình thành lập dịng điện : Wm  Wm  I dWm   L.i.di 0 Nếu mạch đứng yên không thay đổi hình dạng : L  const Khi lượng từ trường ống dây: Wm  L.I 2 (11.8) 11.3.2 Năng lượng từ trường Lí thuyết thực nghiệm chứng tỏ lượng từ trường phân bố khoảng không gian từ trường Như ta biết từ trường ống dây điện thẳng dài từ trường coi tồn thể tích ống dây Ta có : L  .0 N S l Cảm ứng từ lòng ống dây : B   0 Do : Wm  N I l N2 B2 .0 I V  V l .0 Trong : V  S.l thể tích ống dây có từ trường Mật độ lượng từ trường ống dây là: 345 m  Wm B  V  0 (11.9) Người ta chứng minh mật độ lượng từ trường kì tính cơng thức: m  Wm B  V  0 Do để tính lượng từ trường chứa thể tích V khơng gian có từ trường, ta chia thể tích V thành thể tích vơ nhỏ dV (sao cho dV từ trường ) Khi lượng từ trường thể tích dV là: B2 dWm  m dV  dV 0  Do lượng từ trường thể tích V : B2 Wm   dWm   dV   V V Nhưng H  B 0  suy lượng từ trường thể tích V : B.H dV V Wm   (11.10) 11.4 Bài toán mẫu Bài tốn mẫu 11.1: Một khung hình vng làm dây đồng tiết diện S0 = 1mm2 đặt từ trường có cảm ứng từ biến đổi theo định luật B = B0sint, 2 B0 = 0,01T,   , T = 0,02 giây Diện tích khung S = 25 cm2 Mặt phẳng T khung vng góc với đường sức từ trường Tìm phụ thuộc vào thời gian giá trị cực đại đại lượng sau: a Từ thông gửi qua khung b Suất điện động cảm ứng xuất khung c Cường độ dòng điện chạy khung Bài giải Ta có:  2 2   100 rad / s  T 0,02 a) Từ thông gửi qua khung: max  B0 S  0,01.25.104  2,5.105 Wb    BS  B0 S sin t  2,5.105 sin 100t Wb  b) Suất điện động cảm ứng xuất khung: E   '  B0S cost 346 E max  B0S  100 2,5.105  7,85.103 V   E  7,85.103 cos100t V  c) Khung hình vng có diện tích S = 25 cm2, nên cạnh dài a = 5cm, chu vi khung l = 20 cm Điện trở khung là: R   l 0,2  1,72.108   3,44.10   S0 10 Cường độ dòng điện chạy khung: I max  I E max 7,85.10 3   2,3A  R 3,44.10 3 E  I max cost  2,3 cos100t A  R Bài toán mẫu 11.2: Một kim loại dài l = 1m quay với vận tốc không đổi  = 20rad/s từ trường có cảm ứng từ B = 5.10-2T Trục quay qua đầu thanh, song song với đường sức từ trường Tìm hiệu điện xuất hai đầu Bài giải Trong khoảng thời gian dt, quét diện tích là: dS  .dt.l 2 Từ thông quét là: d  B.dS  Bl dt Do đó, hiệu điện xuất hai đầu là: U  E   '  Bl  0,5.5.10 2.20.12  0,5V  Bài toán mẫu 11.3: Một ống dây thẳng dài l = 50cm, diện tích tiết diện ngang S = 2cm2, độ tự cảm L = 2.10-7H a Tìm cường độ dịng điện chạy ống dây để mật độ lượng từ trường w = 10-3J/m3 b Năng lượng từ trường ống dây? Bài giải a Mật độ lượng từ trường lượng đơn vị thể tích xác định theo công thức: w  W 1 / 2LI  V S l I 2Slw 2.2.104.0,5.103   1 A L 2.10 b Năng lượng từ trường ống dây W  w.V  w.S.l  103.2.104.0,5  1.107 ( J ) 347 BÀI TẬP CHƯƠNG 11 11.1 Một ăng ten siêu cao tần vòng dây có đường kính 11cm Từ trường tín hiệu ti vi vng góc với mặt vịng dây, thời điểm đó, cường độ từ trường tín hiệu sinh thay đổi với tốc độ 0,16T/s Hãy tính suất điện động ăng ten 11.2 Một máy phát điện cấu tạo 100 vòng dây hợp thành khung dây hình chữ nhật có kích thước 50cmx30cm, đặt tồn từ trường có cảm ứng từ B = 3,5T Tính giá trị cực đại suất điện động cảm ứng sinh khung dây quay với tốc độ 1000 vịng/phút quanh trục vng góc với B 11.3 Trong cơng việc sau phí lượng Trong số trường hợp lượng chuyển lại thành điện để dùng cho cơng việc hữu ích, số trường hợp khác lượng trở thành hao phí vơ ích bị tiêu phí cách khác Trong trường hợp sau, trường hợp có % chuyển thành điện nhỏ nhất: a Nạp điện cho tụ điện b Nạp điện cho bình điện c Cho dịng điện chạy qua điện trở d Thiết lập từ trường e Di chuyển dây dẫn từ trường? Hãy giải thích? 11.4 Một cuộn dây quấn khít gồm 400 vịng có độ tự cảm 0,8mH Hãy tìm từ thơng qua cuộn dây có dịng điện 5,0mA chạy qua? 11.5 Một cuộn dây trịn có bán kính 10,0cm gồm 30 vòng dây quấn sát Một từ trường ngồi 2,60mT có phương vng góc với cuộn dây a Nếu khơng có dịng điện vào cuộn dây từ thơng qua bao nhiêu? b Khi có dòng điện 3,80A vào cuộn dây theo chiều từ thơng tổng cộng qua ống dây triệt tiêu Hỏi độ tự cảm ống dây bao nhiêu? 11.6 Một dịng điện khơng đổi 2,0A chạy qua cuộn cảm 12H Làm để tạo suất điện động tự cảm 60V cuộn cảm? 11.7 Một ống dây dẫn thẳng gồm N = 500 vịng đặt từ trường có đường sức từ song song với trục ống dây Đường kính ống dây d = 10cm Tìm suất điện động cảm ứng trung bình xuất ống dây thời gian  t = 0,1 giây người ta cho cảm ứng từ thay đổi từ đến 2T 11.8 Tại tâm khung dây tròn phẳng gồm N1 = 50 vịng, vịng có bán kính R = 20cm, người ta đặt khung dây nhỏ gồm N2 = 100 vịng, diện tích vịng S = 1cm2 Khung dây nhỏ quay xung quanh đường kính khung dây lớn với vận tốc khơng đổi  = 300vịng/s Tìm giá trị cực đại suất điện động xuất khung dòng điện chạy khung lớn có cường độ I = 10A (Giả thiết lúc đầu mặt phẳng khung trùng nhau) 11.9 Trong mặt phẳng với dòng điện thẳng dài vô hạn, cường độ I = 20A người ta đặt hai trượt (kim loại) song song với dòng điện cách dòng điện 348 khoảng x0 = 1cm Hai trượt cách l = 0,5m Trên hai trượt người ta lồng vào đoạn dây dẫn dài l (hình vẽ) Tìm hiệu điện I xuất hai đầu dây dẫn dây dẫn trượt tịnh tiến với vận tốc không đổi v = 3m/s 11.10 Một máy bay bay với vận tốc v = 1500 km/h Khoảng cách hai đầu cánh máybay l = 12m Tìm suất điện động cảm ứng xuất hai đầu cánh máy bay biết độ cao máy bay B = 0,5.10-4T l v Hình vẽ 11.9 11.11 Một kim loại dài l = 1,2 m quay từ trường có cảm ứng từ B = 10-3T với vận tốc khơng đổi n = 120vịng/phút Trục quay vng góc với thanh, song song với đường sức từ trường cách đầu đoạn l = 25cm Tìm hiệu điện xuất hai đầu 11.12 Một cuộn dây dẫn gồm N = 100 vòng quay từ trường với vận tốc góc khơng đổi n = 5vịng/s Cảm ứng từ B = 0,1T Tiết diện ngang ống dây S = 100cm2 Trục quay vng góc với trục ống dây vng góc với đường sức từ trường Tìm suất điện động xuất cuộn dây giá trị cực đại 11.13 Để đo cảm ứng từ hai cực nam châm điện người ta đặt vào cuộn dây N = 50 vịng, diện tích tiết diện ngangcủa vòng S = 2cm Trục cuộn dây song song với đường sức từ trường Cuộn dây nối kín với điện kế xung kích (dùng để đo điện lượng phóng qua khung dây điện kế) Điện trở điện kế R = 2.10 3 Điện trở cuộn dây N nhỏ so với điện trở điện kế Tìm cảm ứng từ hai cực nam châm biết rút nhanh cuộn dây N khỏi nam châm khung dây lệch góc ỏ ứng với 50 vạch thước chia điện kế Cho biết vạch ứng với điện lượng phóng qua khung dây điện kế 2.10-8C 11.14 Giữa hai cực nam châm điện người ta đặt cuộn dây nhỏ; trục cuộn dây đường nối cực nam châm trùng Diện tích tiết diện ngang cuộn dây S = 3mm2, số vòng N = 60 Cuộn dây nối kín với điện kế xung kích Điện trở cuộn dây, điện kế dây nối R = 40 Khi quay cuộn dây 1800, điện lượng tổng cộng chạy qua cuộn dây q = 4,5.10-6C Xác R, L định cường độ từ trường cực nam châm 11.15 Cuộn dây có độ tự cảm L = 2.10-6H điện trở R = 1 mắc vào nguồn điện có suất điện động khơng đổi E = 3V Sau dòng điện ống dây ổn định, người ta đảo nhanh khoá K từ vị trí sang vị trí Tìm nhiệt lượng toả điện trở R1 = 2 Bỏ qua điện trở nguồn điện điện trở dây nối K R1 Hình vẽ 11.15 11.16 Tìm độ tự cảm ống dây thẳng gồm N = 400vòng, dài l = 20cm, diện tích tiết diện ngang S = 9cm2 hai trường hợp a ống dây khơng có lõi sắt b ống dây có lõi sắt Biết độ từ thẩm lõi sắt điều kiện cho  = 400 11.17 Một ống dây có đường kính D = 4cm, độ tự cảm L = 0,001H, quấn loại dây dẫn có đường kính d = 0,6mm Các vòng quấn sát nhau, quấn lớp Tính số vịng ống dây 349 TÀI LIỆU THAM KHẢO Cao Long Vân, Vật lí đại cương, NXB Giáo dục, 2008 Charles W Berry, The Temperature - Entropy Diagram, London: Chapman & Hall, 1911 David Halliday, Cơ sở vật lí (tập 1,2,3,4), NXB Giáo dục, 1999 Ðào Văn Phúc, Lịch sử vật lí học, NXB Giáo dục, 2007 Ðàm Trung Ðồn – Nguyễn Trọng Phú, Vật lí phân tử, NXB Giáo dục, 1993 Đỗ Xuân Hội, Vật lí thống kê & Nhiệt động lực thống kê, NXB Ðại học Sư phạm TP.Hồ Chí Minh, 2009 Ðặng Mộng Lân, Câu chuyện số vật lí bản, NXB Tri Thức, 2012 Harvey R Brown - Wayne Myrvold, Boltzmann's H-theorem, its limitations, and the birth of (fully) statistical mechanics, 2005 Lương Dun Bình, Vật lí đại cương (tập 1,2), NXB Giáo dục, 2001 10 Lương Dun Bình, Bài tập vật lí đại cương (tập 1,2), NXB Giáo dục, 2001 11 Nguyễn Xuân Chi, Đặng Quang Khang, Vật lí đại cương, NXB Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2008 12 Nguyễn Thành Mậu Bài tập học ứng dụng, NXB Giáo dục 2008 13 Ngơ Quốc Qnh,Cơ sở vật lí học, NXB Giáo dục 1999 14.Yung-Kuo Lim, Bài tập Nhiệt động lực học Vật lí thống kê (đã dịch), NXB Giáo dục, 2008 15 Vũ Thanh Hùng, Bài tập vật lí học nhiệt động lực học, NXB Giáo dục, 2007 16 Vũ Thanh Khiết, Bài tập vật lí đại cương tập 1, NXB Giáo dục, 2001 350 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………………………….1 MỞ ĐẦU Đối tượng phương pháp nghiên cứu vật lí 1.1.Giới thiệu chung 1.2 Mục đích mơn học vật lí trường Đại học 1.3 Phương pháp nghiên cứu Vật lí 2 Đơn vị thứ nguyên 2.1 Các đại lượng vật lí 2.2 Ðơn vị vật lí 2.3 Thứ nguyên Khái quát phép tính vectơ 3.1 Khái niệm vectơ 3.2 Tọa độ vectơ 3.3 Cộng vectơ 3.4 Nhân vectơ với số thực 3.5 Tích vô hướng vectơ 3.6 Tích hữu hướng vectơ 3.7 Đạo hàm vectơ theo thời gian PHẦN A CƠ HỌC Chương ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM 11 1.1 Các khái niệm 11 1.1.1 Chuyển động hệ qui chiếu 11 1.1.2 Khái niệm chất điểm hệ chất điểm 11 1.1.3 Qũy đạo 12 1.1.4 Cách xác định vị trí vật không gian 12 1.1.5 Phương trình chuyển động chất điểm 12 1.1.6 Phương trình quỹ đạo chất điểm chuyển động 13 1.2 Vận tốc 13 1.2.1.Vận tốc trung bình 13 1.2.2 Vận tốc tức thời 14 1.2.3 Vectơ vận tốc 14 1.2.4 Véc tơ vận tốc hệ toạ độ Đề 15 351 1.3 Gia tốc .17 1.3.1 Định nghĩa biểu thức vectơ gia tốc 17 1.3.2 Gia tốc tiếp tuyến gia tốc pháp tuyến 18 1.4 Một số chuyển động đặc biệt 21 1.4.1 Chuyển động thẳng 21 1.4.2 Chuyển động tròn 21 1.4.3 Chuyển động với gia tốc không đổi 24 BÀI TẬP CHƯƠNG 28 Chương ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM 32 2.1 Các định luật Newton .32 2.1.1 Định luật I Newton 32 2.1.2 Định luật II Newton 33 2.1.3 Định luật III Newton 34 2.1.4 Một số lực học đặc biệt 35 2.2 Các định lí động lượng Định luật bảo toàn động lượng 43 2.2.1 Động lượng định lí động lượng 43 2.2.2 Định luật bảo toàn động lượng 45 2.3 Chuyển động tương đối nguyên lí Galilê .50 2.3.1 Không gian thời gian theo học cổ điển 50 2.3.2 Phép tổng hợp vận tốc gia tốc 51 2.3.3 Nguyên lí tương đối Galilê 52 2.3.4 Lực quán tính 54 BÀI TẬP CHƯƠNG 59 Chương ĐỘNG LỰC HỌC HỆ CHẤT ĐIỂM.ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN 63 3.1 Khối tâm hệ chất điểm Chuyển động khối tâm 63 3.1.1 Khối tâm hệ chất điểm 63 3.1.2.Vận tốc khối tâm 65 3.1.3 Phương trình chuyển động khối tâm 66 3.2 Chuyển động vật rắn 69 3.2.1 Chuyển động tịnh tiến vật rắn 69 3.2.2 Chuyển động quay vật rắn quanh trục cố định 70 3.2.3.Chuyển động song phẳng vật rắn 73 3.2.3 Tính mơmen qn tính vật rắn quay 74 3.3 Mô men động lượng Định luật bảo tồn mơ men động lượng 81 352 3.3.1 Định nghĩa mômen động lượng 81 3.3.2 Các định lí mơmen động lượng 82 3.3.3 Định luật bảo tồn mơmen động lượng 83 BÀI TẬP CHƯƠNG 87 Chương NĂNG LƯỢNG 90 4.1 Công công suất 90 4.1.1 Công học 90 4.1.2 Công suất lực 92 4.1.3 Công công suất lực chuyển động quay vật rắn 93 4.2 Năng lượng định luật bảo toàn lượng 95 4.3 Động định lí động 96 4.3.1 Định nghĩa động 96 4.3.2 Động vật rắn quay 97 4.3.4 Bài toán va chạm 98 4.4 Trường lực Khái niệm 104 4.4.1 Định nghĩa trường lực 104 4.4.2 Thế 104 4.4.3 Tính chất trường lực 105 4.4.4 Đường cong 106 4.4.5 Một số loại 106 4.5 Định luật bảo toàn trường lực 110 4.5.2 Khái niệm 110 4.5.2 Định luận bảo toàn trường lực 110 BÀI TẬP CHƯƠNG 114 Chương THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP EINSTEIN 118 5.1 Hoàn cảnh đời thuyết tương đối hẹp 118 5.1.1 Thuyết tương đối hẹp – học tương đối tính gì? 118 5.1.2 Cơ học Newton 118 5.1.3 Điện động lực học cổ điển 119 5.1.4 Các kiện thực nghiệm 119 5.1.5 Quá trình hình thành thuyết tương đối hẹp 120 5.2 Các tiên đề Einstein 120 5.2.1 Nguyên lí tương đối 120 5.2.2 Nguyên lí bất biến vận tốc ánh sáng 121 353 5.3 Động học tương đối tính Phép biến đổi Lorentz 123 5.3.1 Sự mâu thuẫn phép biến đổi Galileo với thuyết tương đối Einstein 123 5.3.2 Phép biến đổi Lorentz 123 5.3.3 Các hệ phép biến đổi Lorentz 125 5.3.4 Dẫn hệ tương đối tính động học theo Einstein 129 5.4 Động lực học tương đối tính Hệ thức Einstein 131 5.4.1 Khái niệm động lượng chất điểm 131 5.4.2 Phương trình động lực học tương đối 132 5.4.3 Hệ thức Einstein lượng khối lượng 132 5.4.4 Năng lượng động 134 5.4.5 Năng lượng động lượng 134 5.4.6 Phép biến đổi Lorentz cho động lượng - lượng 135 5.5 Hiệu ứng Doppler tương đối tính 136 5.5.1 Sơ lược photon 136 5.5.2 Hiệu ứng Doppler tương đối tính 136 5.6 Các đại lượng bất biến học tương đối tính 138 5.6.1.Vận tốc ánh sáng chân không 138 5.6.2 Khoảng hai biến cố 138 5.6.3 Đại lượng W2 – p2c2 hệ chất điểm 139 5.6.4 So sánh học cổ điển thuyết tương đối hẹp 139 BÀI TẬP CHƯƠNG 142 PHẦN B NHIỆT HỌC 145 Chương NGUYÊN LÍ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC 145 6.1 Mở đầu 145 6.1.1.Thuyết cấu tạo phân tử chất 145 6.1.2 Đối tượng, nhiệm vụ phương pháp nghiên cứu nhiệt học 145 6.1.3 Một lịch sử nhiệt động học 146 6.2 Một số khái niệm 149 6.2.1 Trạng thái - Thông số trạng thái - Phương trình trạng thái 149 6.2.2 Áp suất nhiệt độ 150 6.3 Các định luật thực nghiệm chất khí Phương trình trạng thái khí lí tưởng 151 6.3.1 Các định luật thực nghiệm chất khí 151 6.3.2 Phương trình trạng thái khí lí tưởng 157 354 6.4 Thuyết động học phân tử chất khí Định luật phân bố lượng theo bậc tự Nội khí lí tưởng 160 6.4.1 Thuyết động học phân tử 160 6.4.2 Định luật phân bố lượng theo bậc tự 163 6.4.3 Nội khí lí tưởng 165 6.5 Nguyên lí thứ nhiệt động học 167 6.5.1 Nội hệ nhiệt động Công Nhiệt trình cân 168 6.5.2 Nguyên lí thứ nhiệt động học 174 6.5.3 Áp dụng ngun lí thứ khảo sát q trình cân khí lí tưởng 175 BÀI TẬP CHƯƠNG 182 Chương NGUYÊN LÍ THỨ II NHIỆT ĐỘNG HỌC 186 7.1 Những hạn chế nguyên lí thứ nhiệt động học 186 7.2 Quá trình thuận nghịch khơng thuận nghịch 187 7.2.1 Quá trình thuận nghịch 187 7.2.2 Q trình khơng thuận nghịch 187 7.2.3 Ví dụ q trình thuận nghịch khơng thuận nghịch 187 7.2.4 Ý nghĩa việc nghiên cứu q trình thuận nghịch khơng thuận nghịch 188 7.3 Nguyên lí thứ hai nhiệt động học 188 7.3.1 Máy nhiệt 188 7.3.2 Phát biểu nguyên lí II nhiệt động học 189 7.4 Chu trình Carnot định lí Carnot 190 7.4.1 Chu trình Carnot thuận nghịch 190 7.4.3 Định lí Carnot hệ 192 7.5 Biểu thức định lượng ngun lí II Hàm Entrơpi Ngun lí tăng Entrơpi 197 7.5.1 Biểu thức định lượng ngun lí thứ hai nhiệt động học 197 7.5.2 Hàm Entrơpi Ngun lí tăng Entrơpi 198 7.5.3 Nguyên lí tăng entrôpi 200 7.5.4 Giản đồ nhiệt độ – entropy ( T – S ) 200 7.5.5 Tính độ biến thiên Entrơpi khí lí tưởng q trình thuận nghịch 202 7.6 Ý nghĩa thống kê nguyên lí thứ hai số vấn đề mở rộng 205 7.6.1 Ý nghĩa thống kê nguyên lí thứ hai 205 7.6.2 Phạm vi nguyên lí thứ hai 205 7.6.3 Ứng dụng thực tế 206 7.6.4 Những tranh cãi vấn đề mở rộng 207 355 BÀI TẬP CHƯƠNG 212 PHẦN C ĐIỆN TỪ HỌC 215 LỊCH SỬ ĐIỆN TỪ HỌC 215 Chương TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN 238 8.1 Điện tích Định luật bảo tồn điện tích 238 8.1.1 Điện tích 238 8.1.2 Thuyết điện tử 238 8.1.4 Giải thích nhiễm điện vật 239 8.1.5 Định luật bảo toàn điện tích 240 8.1.6 Chất dẫn điện chất cách điện 240 8.2 Định luật Coulomb 241 8.2.1 Định luật Culông chân không 242 8.2.2 Định luật Coulomb môi trường 242 8.2.3 Lực điện tổng hợp tác dụng lên điện tích q0 243 8.3 Điện trường Vectơ cường độ điện trường .246 8.3.1 Khái niệm điện trường 246 8.3.2 Véctơ cường độ điện trường 246 8.3.3 Điện trường số vật mang điện đặc biệt 248 8.3 Thông lượng cảm ứng điện Định lí Ơxtrơgratxki – Gaox (Ơ - G) điện trường253 8.3.1 Đường sức điện trường 253 8.3.2 Véctơ cảm ứng điện 254 8.3.3 Thông lượng cảm ứng điện (điện thông) 255 8.3.4 Định lí Ơxtrơgratxki – Gaox (Ơ - G) 257 8.3.5 Ứng dụng định lí O-G: xác định điện trường vật mang điện đối xứng 259 8.4 Điện Hiệu điện Mặt đẳng .263 8.4.1 Công lực tĩnh điện Tính chất trường tĩnh điện 263 8.4.2 Thế điện tích điện trường 264 8.4.3 Điện Hiệu điện 265 8.4.4 Mặt đẳng 269 8.5 Liên hệ vec tơ cường độ điện trường điện 271 8.5.1 Hệ thức liên hệ 271 8.5.2 Ứng dụng 272 BÀI TẬP CHƯƠNG 276 Chương VẬT DẪN VÀ ĐIỆN MÔI 278 356 9.1 Vật dẫn cân tĩnh điện 278 9.1.1 Khái niệm vật dẫn cân tĩnh điện 278 9.1.2 Những tính chất vật dẫn mang điện Ứng dụng 279 9.2 Hiện tượng điện hưởng 283 9.2.1 Hiện tượng điện hưởng Định lí phần tử tương ứng 283 9.2.2 Điện hưởng phần điện hưởng toàn phần 284 9.3 Điện dung 285 9.3.1 Điện dung vật dẫn cô lập 285 9.3.2 Điện dung tụ điện 286 9.4 Năng lượng điện trường 290 9.4.1 Năng lượng tương tác hệ điện tích 290 9.4.2 Năng lượng vật dẫn mang điện tụ điện tích điện 291 9.4.3 Năng lượng điện trường 291 9.5 Hiện tượng phân cực điện môi 293 9.5.1 Điện môi 293 9.5.2 Sự phân cực điện môi 293 9.5.3.Vectơ phân cực 295 9.5.4 Điện trường tổng hợp điện môi 296 9.5.5 Điều kiện qua mặt giới hạn hai môi trường vecto E D 298 BÀI TẬP CHƯƠNG 299 Chương 10 TRƯỜNG TĨNH TỪ 302 10.1 Tương tác từ dòng điện Định luật Ampere 302 10.1.1 Tương tác từ 302 10.1.2 Định luật Ampere 302 10.2 Từ trường Vectơ cảm ứng từ 304 10.2.1 Khái niệm từ trường 304 10.2.2.Véc tơ cảm ứng từ 304 10.2.3 Nguyên lí chồng chất từ trường 305   10.2.5 Ứng dụng xác định B H số dịng điện có độ lớn không đổi đơn giản 306 10.3 Từ thơng Định lí Ơxtrơgratxki – Gaox từ trường 311 10.3.1 Đường sức từ hay đường cảm ứng từ 311 10.3.2 Từ thông ( hay Thông lượng cảm ứng từ) 311 10.3.3 Tính chất xoáy từ trường 312 357 10.3.4 Định lý Ơxtrơgratxki - Gaox ( Ô-G ) từ trường 312 10.4 Định lí Ampère dịng tồn phần ứng dụng 314 10.4.1 Lưu số véc tơ cường độ từ trường 314 8.4.2 Định lí Ampère dịng điện tồn phần 314 10.4.3 Ứng dụng 317 10.5 Tác dụng từ trường lên dòng điện 319 10.5.1 Tác dụng từ trường lên phần tử dòng điện -Lực Ampe 319 10.5.2 Tác dụng từ trường lên dòng điện 319 10.5.3.Tác dụng tương hỗ hai dòng điện thẳng song song dài vô hạn 319 10.5.4 Tác dụng từ trường lên dịng điện kín 320 10.5.5 Công Lực Ampère 321 10.6 Chuyển động hạt tích điện từ trường .323 10.6.1 Tác dụng từ trường lên hạt tích điện chuyển động- Lực Lorentz 323 10.6.2.Chuyển động hạt mang điện từ trường 323 10.6.3 Hiệu ứng Hall 327 BÀI TẬP CHƯƠNG 10 330 Chương 11 CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 334 11.1 Các định luật tượng cảm ứng điện từ 334 11.1.1.Thí nghiệm Farađây tượng cảm ứng điện từ 334 11.1.2 Định luật Lenx 335 11.1.3 Định luật tượng cảm ứng điện từ 335 11.1.4 Nguyên tắc tạo dòng điện xoay chiều 336 11.1.5 Dòng điện Foucalt 337 11.2 Hiện tượng tự cảm 341 11.2.1.Thí nghiệm tượng tự cảm 341 11.2.3 Hệ số tự cảm 342 11.3 Năng lượng từ trường 344 11.3.1.Năng lượng từ trường ống dây điện 344 11.3.2 Năng lượng từ trường 345 BÀI TẬP CHƯƠNG 11 348 TÀI LIỆU THAM KHẢO 350 MỤC LỤC 351 358 359 ... 14000 lít; T1 = 25 °C hay 29 8 K; P2 = 0,500 atm; T2 = –40°C, hay 23 3 K Theo phương trình trạng thái ta có: P1.V1 P2 V2  T1 T2  V2  P1.V1T2 1.14000 .23 3   21 893(l ) P2T1 0,5 .29 8 Coi khí cầu... m.L= 8,1 .27 .106 = 21 8,7.106J   - 52, 92. 106  0 ,24 2  24 ,2% 21 8,7.106 Hiệu suất động nhiệt lí tưởng làm việc với nguồn nhiệt:  ' 1 Vậy T2 73  27 3 1  0,665  66,5% T1 760  27 3  24 ,2  ... V2 32 b.Quá trình nén đoạn nhiệt: - Áp suất p2: 180  V  7 p1 V1  p V2  p  p1    10   4  V2    1,  2, 2.10 Pa -Nhiệt độ T2  1 T1V1  1  T2V21 V   T2  T1    V2