Chương Iv: Các Định Luật Bảo Toàn

Chương IV CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN Chương IV CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN A LÝ THUYẾT I ĐỘNG LƯỢNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG 1 Động lượng Động lượng của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tố[.]

Chương IV: CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN A LÝ THUYẾT I ĐỘNG LƯỢNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG 1.Động lượng  Động lượng vật có khối lượng m chuyển động với vận tốc v đại lượng xác định công thức: Về độ lớn : p = mv Trong đó: p: động lượng (kgm/s) m: khối lượng (kg) v vận tốc(m/s) Hệ lập (Hệ kín) Hệ nhiều vật coi cô lập hệ không chịu tác dụng ngoại lực có ngoại lực chúng phải cân Định luật bảo toàn động lượng Định luật: Vectơ tổng động lượng hệ cô lập bảo toàn   pt = p s Trong đó:   pT : tổng động lượng hệ trước tương tác pS : tổng động lượng hệ sau tương tác  Tương tác vật hệ kín: Xét viên bi chuyển động mặt phẳng ngang không ma sát va chạm - Nếu hệ có vật: hay Trong : m1,m2 : khối lượng vật (kg) v1,v2 : vật tốc vật trước va chạm (m/s) v1, , v2, : vật tốc vật sau va chạm (m/s) Cách phát biểu khác định luật II Niu-tơn Độ biến thiên động lượng vật khoảng thời gian xung lượng tổng lực tác dụng lên vật khoảng thời gian Biểu thức : hoặc: Trong : m: khối lượng (kg) v1,v2 : vận tốc vật(m/s) F : ngoại lực tác tác dụng vào vật (N) ∆t: thời gian ngoại lực tác dụng vào vật Va chạm mềm  Là loại va chạm mà sau va chạm hai vật dính vào chuyển động với vận tốc v Áp dụng ĐLBT động lượng: Suy ra: v'  Trong đó: m1 v1  m2 v2 m1  m2 v1, v2: vận tốc vật trước va chạm (m/s) v: vận tốc vật sau va chạm (m/s) II CÔNG VÀ CÔNG SUẤT Định nghĩa công trường hợp tổng quát  Khi lực F không đổi tác dụng lên vật điểm đặt lực chuyển dời đoạn s theo hướng hợp với hướng lực góc  cơng thực lực tính theo cơng thức: Trong : F : lực tác dung (N) s: quãng đường vât (m) α: góc hợp hướng lực tác dụng với hướng chuyển động Ý nghĩa công + Nếu : + Nếu + Nếu lực thực công dương (A>0) hay công phát động : lực thực công âm (A 0, < = Liên hệ cơng trọng lực(Chương trình nâng cao) - Khi vật chuyển động trọng trường từ vị trí M đến vị trí N cơng vật có giá trị hiệu trọng trường M N Ta có: AMN= Wt(M) – Wt(N) 2.Thế đàn hồi Trong : Wt : đàn hồi (J) k : độ cứng lò xo (N/m) l : độ biến dạng lò xo (m) V CƠ NĂNG Định nghĩa : Cơ vậtlà tổng động vật Khi vật chuyển động trọng trường: Khi vật chuyển động tác dụng lực đàn hồi: Đinh luật bảo toàn vật chuyển động trọng trường Khi vật chuyển động trọng trường chịu tác dụng trọng lực vật bảo toàn Biểu thức:  Hệ quả: - Trong trình chuyển động vật trọng trường: + Nếu động tăng giảm ngược lại + Tại vị trí động cực đại cực tiểu ngược lại Cơ vật chịu tác dụng lực đàn hồi Khi vật chịu tác dụng lực đàn hồi gây biến dạng lị xo đàn hồi q trình chuyển động vật, tính tổng động đàn hồi vật đại lượng bảo tồn CHÚ Ý: - Nếu khơng có tác dụng lực khác (như lực cản, lực ma sát ) trình chuyển động, vật đại lượng bảo tồn Ta có: W = Wđ + Wt = const hay Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2 CHƯƠNG V: CHẤT KHÍ I a) b) - CẤU TẠO CHẤT- THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CHẤT KHÍ: CẤU TẠO CHẤT: Những điều học cấu tạo chất: Các chất cấu tạo từ hạt riêng biệt phân tử Các phân tử chuyển động khơng ngừng Các phân tử chuyển động nhanh nhiệt độ cao Lực tương tác phân tử: Các vật giữ hình dạng thể tích phân tử cấu tạo nên vật đồng thời có lực hút lực đẩy - Khi khoảng cách phân tử nhỏ lực đẩy mạnh lực hút - Khi khoảng cách phân tử lớn lực hút mạnh lực đẩy c) Các thể rắn, lỏng, khí:  Ở thể khí: - Mật độ phân tử nhỏ - Lực tương tác phân tử yếu nên phân tử chuyển động hồn tồn hỗn loạn  chất khí khơng có hình dạng thể tích riêng  Ở thể rắn: - Mật độ phân tử lớn - Lực tương tác phân tử mạnh nên giữ phân tử vị trí cân xác định, làm cho chúng dao động xung quanh vị trí  vật rắn tích hình dạng xác định  Ở thể lỏng: - Mật độ phân tử nhỏ so với chất rắn lớn nhiều so với chất khí - Lực tương tác phân tử lớn so với thể khí nhỏ so với thể rắn, nên phân tử dao động xung quanh vị trí cân xác định di chuyển  chất lỏng tích riêng xác định khơng có hình dạng riêng xác định THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CHẤT KHÍ: a) Nội dung thuyết động học phân tử chất khí: - Chất khí cấu tạo từ phân tử riêng rẽ, có kích thước nhỏ so với khoảng cách chúng - Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng; chuyển động nhanh nhiệt độ chất khí cao - Khi chuyển động hỗn loạn phân tử khí va chạm vào va chạm vào thành bình gây áp suất lên thành bình b) Khí lí tưởng: - Chất khí phân tử coi chất điểm tương tác va chạm gọi khí lí tưởng II Q TRÌNH ĐẲNG NHIỆT ĐỊNH LUẬT BOYLE - MARIOTTE Trạng thái trình biến đổi trạng thái - Trạng thái lượng khí biểu diễn thơng số trạng thái: áp suất p, thể tích V nhiệt độ tuyệt đối T - Lượng khí chuyển từ trạng thái sang trạng thái khác trình biến đổi trạng thái (gọi tắt trình) Quá trình đẳng nhiệt: Là trình biến đổi trạng thái mà nhiệt độ khơng thay đổi Định luật BOYLE – MARIOTTE: a) Phát biểu: Trong q trình đẳng nhiệt lượng khí định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích b) Biểu thức: P hay PV h»ngsè V c) Hệ quả: - Gọi: p1, V1 áp suất thể tích lượng khí trạng thái p1, V2 áp suất thể tích lượng khí trạng thái Đối với trình đẳng nhiệt ta có: PV 1 P2V2 Đường đẳng nhiệt: a) Khái niệm: Đường đẳng nhiệt đường biểu diễn biến thiên áp suất theo thể tích nhiệt độ khơng đổi b) Đồ thị đường đẳng nhiệt: V p p T2 > T1 T1 III V T T QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH ĐỊNH LUẬT CHARLES Q trình đẳng nhiệt: Q trình biến đổi trạng thái thể tích khơng đổi gọi q trình đẳng tích Định luật CHARLES: a) Phát biểu: Trong q trình đẳng tích lượng khí định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối b) Biểu thức: p1 p p  = const hay T1 T2 T c) “ĐỘ KHÔNG TUYỆT ĐỐI” - Kenvin đưa nhiệt giai bắt đầu nhiệt độ K K gọi độ không tuyệt đối - Các nhiệt độ nhiệt giai Kenvil có giá trị dương độ chia nhiệt giai độ chia nhiệt giai Celsius - Chính xác độ khơng tuyệt đối thấp -2730C chút (vào khoảng -273,150C) Liên hệ nhiệt giai Kenvil nhiệt giai Celsius: T = t + 273 Đường đẳng nhiệt: a) Khái niệm: Đường đẳng tích đường biểu diễn biến thiên áp suất theo nhiệt độ thể tích khơng đổi b) Đồ thị đường đẳng tích: p p V1 p V2 >V1 IV T 273oC to C PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG Khí thực khí lí tưởng: - Khí lí tưởng khí tuân theo định luật chất khí học V - Các khí thực (chất khí tồn thực tế) tuân theo gần định luật Boyle - Mariotte Charles Giá trị tích p.V thương - p thay đổi theo chất, nhiệt độ áp suất chất khí T Trong điều kiện áp suất nhiệt độ không lớn khơng địi hỏi độ xác cao, xem khí thực khí lí tưởng Phương trình trạng thái khí lí tưởng: Xét lượng khí định  Gọi:  p1, V1, T1 áp suất, thể tích nhiệt độ tuyệt đối lượng khí trạng thái  p2, V2, T2 áp suất, thể tích nhiệt độ tuyệt đối lượng khí trạng thái Khi ta có: Phương trình trạng thái khí lý tưởng: p1.V1 p2.V2   T1 T2 p.V = const T a) b)  Quá trình đẳng áp: Quá trình đẳng áp: Quá trình biến đổi trạng thái áp suất khơng đổi gọi q trình đẳng áp Định luật Gay-Luysac: Phát biểu: Trong trình đẳng áp lượng khí định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối  Biểu thức: V1 V2 V =  = const T1 T2 T Đường đẳng áp: a) Khái niệm: Đường đẳng áp đường biểu diễn biến thiên thể tích theo nhiệt độ áp suất khơng đổi b) Đồ thị đường đẳng áp: V V p1 V p2 > p1 T 273oC to C p Chương VI: CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC I NỘI NĂNG VÀ SỰ BIẾN THIÊN NỘI NĂNG Nội - Nội vật tổng động phân tử cấu tạo nên vật - Nội vật phụ thuộc vào nhiệt độ thể tích vật : U = f(T, V) Độ biến thiên nội (U): phần nội tăng thêm hay giảm bớt trình vật Các cách làm thay đổi nội - Thực công - Truyền nhiệt Nhiệt lượng Số đo độ biến thiên nội trình truyền nhiệt gọi nhiệt gọi nhiệt lượng(cịn gọi tắt nhiệt) Ta có : Trong : Q : nhiệt lượng thu vào hay tỏa (J) m : khối lượng vật (kg) c : nhiệt dung riêng chất (J/kgK = J/kgđộ) ∆t : độ biến thiên nhiệt độ (0C K) II CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC Nguyên lí I nhiệt động lực học Độ biến thiên nội hệ tổng công nhiệt lượng mà hệ nhận Trong : A : công (J) Q : nhiệt lượng (J) U : độ biến thiên nội (J) Quy ước dấu nhiệt lượng công + Q > 0: Hệ nhận nhiệt lượng + Q < 0: Hệ truyền nhiệt lượng + A > 0: Hệ nhận công + A < 0: Hệ thực cơng Ngun lí I NĐLH trình biến đổi trạng thái: Quá trình đẳng tích: ( ) =Q Q trình đẳng nhiệt: ( = 0) Q = -A Quá trình đẳng áp: Quá trình biến đổi theo chu trình kín thì: =0 Q trình thuận nghịch khơng thuận nghịch a Quá trình thuận nghịch Quá trình thuận nghịch trình vật tự trở trạng thái ban đầu mà không cần đến can thiệp vật khác b Q trình khơng thuận nghịch Q trình khơng thuận nghịch q trình xảy theo chiều xác định, tự xảy theo chiều ngược lại Muốn xảy theo chiều ngược lại phải cần đến can thiệp vật khác Nguyên lí II nhiệt động lực học - Cách phát biểu Clau-di-út : nhiệt tự truyền từ vật sang vật nóng - Cách phát biểu Các-nơ:động nhiệt khơng thể chuyển hóa tất nhiệt lượng nhận thành công học Hiệu suất động nhiệt Trong : Q1 : nhiệt lượng cung cấp cho phận phát động (nhiệt lượng toàn phần) Q2 : nhiệt lượng tỏa (nhiệt lượng vơ ích) A = Q1 – Q2 : phần nhiệt lượng chuyển hóa thành cơng Chương VII: CHẤT RẮN VÀ CHẤT LỎNG SỰ CHUYỂN THỂ I CHẤT RẮN KẾT TINH CHẤT RẮN VƠ ĐỊNH HÌNH Cấu trúc tinh thể - Cấu trúc tinh thể cấu trúc tạo hạt liên kết chặt chẻ với lực tương tác và xếp theo trật tự hình học khơng gian xác định gọi mạng tinh thể, hạt ln dao động nhiệt quanh vị trí cân - Chất rắn có cấu trúc tinh thể gọi chất rắn kết tinh - Kích thước tinh thể chất tuỳ thuộc trình hình thành tinh thể diễn biến nhanh hay chậm : Tốc độ kết tinh nhỏ, tinh thể có kích thước lớn Các đặc tính chất rắn kết tinh - Các chất rắn kết tinh cấu tạo từ loại hạt, cấu trúc tinh thể khơng giống tính chất vật lí chúng khác - Mỗi chất rắn kết tinh ứng với cấu trúc tinh thể có nhiệt độ nóng chảy xác định không dổi áp suất cho trước - Chất rắn kết tinh chất đơn tinh thể chất đa tinh thể Chất đơn tinh thể có tính dị hướng, cịn chất đa tinh thể có tính đẵng hướng Chất rắn vơ định hình - Chất rắn vơ định hình chất khơng có cấu trúc tinh thể khơng có dạng hình học xác định - Các chất rắn vơ định hình có tính đẵng hướng khơng có nhiệt độ nóng chảy xác định Khi bị nung nóng, chúng mềm dần chuyển sang thể lỏng - Một số chất rắn đường, lưu huỳnh, … tồn dạng tinh thể vơ định hình II SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA CHẤT RẮN Sự nở dài - Sự tăng độ dài vật rắn nhiệt độ tăng gọi nở dài nhiệt - Độ nở dài l vật rắn hình trụ đồng chất tỉ lệ với độ tăng nhiệt độ t độ dài ban đầu lo vật Với  hệ số nở dài vật rắn( K-1) Giá trị  phụ thuộc vào chất liệu vật rắn Sự nở khối - Sự tăng thể tích vật rắn nhiệt độ tăng gọi nở khối - Độ nở khối vật rắn đồng chất đẵng hướng xác định theo công thức : Với  hệ số nở khối,   3 có đơn vị K-1 Ứng dụng - Phải tính tốn để khắc phục tác dụng có hại nở nhiệt - Lợi dụng nở nhiệt để lồng ghép đai sắt vào bánh xe, để chế tạo băng kép dùng làm rơle đóng ngắt điện tự động III CÁC HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT CỦA CHẤT LỎNG Lực căng bề mặt - Lực căng bề mặt tác dụng lên đoạn đường nhỏ bề mặt chất lỏng ln ln có phương vng góc với đoạn đường tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng, có chiều làm giảm diện tích bề mặt chất lỏng có độ lớn tỉ lệ thuận với độ dài đoạn đường f = l - Với  hệ số căng mặt ngồi, có đơn vị N/m Hệ số  phụ thuộc vào chất nhiệt độ chất lỏng:  giảm nhiệt độ tăng Hiện tượng dính ướt khơng dính ướt - Bề mặt chất lỏng sát thành bình chứa có dạng mặt khum lỏm thành bình bị dính ướt có dạng mặt khum lồi thành bình khơng bị dính ướt - Ứng dụng: Hiện tượng mặt vật rắn bị dính ướt chất lỏng ứng dụng để làm giàu quặng theo phương pháp “tuyển nổi” Hiện tượng mao dẫn - Hiện tượng mức chất lỏng bên ống có đường kính nhỏ ln dâng cao hơn, hạ thấp so với bề mặt chất lỏng bên ống gọi tượng mao dẫn - Các ống xẩy tượng mao dẫn gọi ống mao dẫn - Hệ số căng mặt ngồi  lớn, đường kính ống nhỏ mức chênh lệch chất lỏng ống ống lớn - Ứng dụng: + Các ống mao dẫn rễ thân dẫn nước hồ tan khống chất lên ni + Dầu hoả ngấm theo sợi nhỏ bấc đèn đến bấc để cháy IV SỰ CHUYỂN THỂ CỦA CÁC CHẤT Sự nóng chảy: Q trình chuyển từ thể rắn sang thể lỏng gọi nóng chảy a Đặc điểm: - Mỗi chất rắn kết tinh có nhiệt độ nóng chảy xác định áp suất cho trước - Các chất rắn vô định hình khơng có nhiệt độ nóng chảy xác định - Đa số chất rắn, thể tích chúng tăng nóng chảy giảm đơng đặc - Nhiệt độ nóng chảy chất rắn thay đổi phụ thuộc vào áp suất bên ngồi b Nhiệt nóng chảy - Nhiệt lượng Q cần cung cấp cho chất rắn q trình nóng chảy gọi nhiệt nóng chảy : Với  nhiệt nóng chảy riêng phụ thuộc vào chất chất rắn nóng chảy, có đơn vị J/kg c Ứng dụng: Nung chảy kim loại để đúc chi tiết máy, đúc tượng, luyện gang thép Sự bay - Quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí bề mặt chất lỏng gọi bay - Quá trình ngược lại từ thể khí sang thể lỏng gọi ngưng tụ - Sự bay xảy nhiệt độ ln kèm theo ngưng tụ Hơi khơ bão hồ Xét khơng gian mặt thống bên bình chất lỏng đậy kín : - Khi tốc độ bay hơp lớn tốc độ ngưng tụ, áp suất tăng dần bề mặt chất lỏng khô - Khi tốc độ bay tốc độ ngưng tụ, phía mặt chất lỏng bão hồ có áp suất đạt giá trị cực đại gọi áp suất bão hoà - Áp suất bảo hồ khơng phụ thuộc thể tích khơng tn theo định luật Bơi-lơ – Ma-ri-ơt, phụ thuộc vào chất nhiệt độ chất lỏng - Ứng dụng + Sự bay nước từ biển, sông, hồ, … tạo thành mây, sương mù, mưa, làm cho khí hậu điều hoà cối phát triển + Sự bay nước biển sử dụng ngành sản xuất muối + Sự bay amôniac, frêôn, … sử dụng kỉ thuật làm lạnh Sự sơi: Sự chuyển từ thể lỏng sang thể khí xảy bên bề mặt chất lỏng gọi sôi a.Đặc điểm: - Dưới áp suất chuẩn, chất lỏng sôi nhiệt độ xác định không thay đổi - Nhiệt độ sôi chất lỏng phụ thuộc vào áp suất chất khí phía mặt chất lỏng Áp suất chất khí lớn, nhiệt độ sơi chất lỏng cao b Nhiệt hoá hơi: Nhiệt lượng Q cần cung cấp cho khối chất lỏng sôi gọi nhiệt hoá khối chất lỏng nhiệt độ sơi : Q = Lm Với L nhiệt hố riêng phụ thuộc vào chất chất lỏng bay hơi(J/kg) V ĐỘ ẨM CỦA KHƠNG KHÍ Độ ẩm tuyệt đối độ ẩm cực đại a Độ ẩm tuyệt đối - Độ ẩm tuyệt đối a khơng khí đại lượng đo khối lượng nước tính gam chứa 1m khơng khí - Đơn vị độ ẩm tuyệt đối g/m3 b Độ ẩm cực đại - Độ ẩm cực đại A độ ẩm tuyệt đối khơng khí chứa nước bảo hoà Giá trị độ ẩm cực đại A tăng theo nhiệt độ - Đơn vị độ ẩm cực đại g/m3 Độ ẩm tỉ đối - Độ ẩm tỉ đối f không khí đại lượng đo tỉ số phần trăm độ ẩm tuyệt đối a độ ẩm cực đại A khơng khí nhiệt độ : tính gần tỉ số phần trăm áp suất riêng phần p nước áp suất p bh nước bảo hồ khơng khí nhiệt độ - Khơng khí ẩm độ ẩm tỉ đối cao - Có thể đo độ ẩm khơng khí ẩm kế : ẩm kế tóc, ẩm kế khơ – ướt, ẩm kế điểm sương Ảnh hưởng độ ẩm khơng khí - Độ ẩm tỉ đối khơng khí nhỏ, bay qua lớp da nhanh, thân người dễ bị lạnh - Độ ẩm tỉ đối cao 80% tạo điều kiện cho cối phát triển, lại lại dễ làm ẩm mốc, hư hỏng máy móc, dụng cụ, … - Để chống ẩm, người ta phải thực nhiều biện pháp dùng chất hút ẩm, sấy nóng, thơng gió, … ... ĐẲNG TÍCH ĐỊNH LUẬT CHARLES Quá trình đẳng nhiệt: Quá trình biến đổi trạng thái thể tích khơng đổi gọi q trình đẳng tích Định luật CHARLES: a) Phát biểu: Trong q trình đẳng tích lượng khí định, áp... TƯỞNG Khí thực khí lí tưởng: - Khí lí tưởng khí tuân theo định luật chất khí học V - Các khí thực (chất khí tồn thực tế) tuân theo gần định luật Boyle - Mariotte Charles Giá trị tích p.V thương -... hình - Chất rắn vơ định hình chất khơng có cấu trúc tinh thể khơng có dạng hình học xác định - Các chất rắn vơ định hình có tính đẵng hướng khơng có nhiệt độ nóng chảy xác định Khi bị nung nóng,