vật lý phân tử và nhiệt học đại cương

1 vật lý phân tử và nhiệt học Vật lí phân tử và nhiệt học bắt đầu từ việc nghiên cứu quy luật chuyển động nhiệt của các phân tử. Trên cơ sở chuyển động nhiệt các phân tử đó, bằng phơng pháp thống kê hoặc phơng pháp nhiệt động ngời ta có thể nghiên cứu về trạng thái của tập hợp rất lớn các phân tử (gọi là hệ nhiệt động). Đặc trng cho trạng thái của một hệ nhiệt động là các thông số trạng thái, quy luật về sự biến đổi các thông số này cho phép ta xác định đợc quy luật chuyển hoá năng lợng của hệ. Chơng I: Phơng trình trạng thái khí lý tởng Mục đích chơng: Nắm vững nội dung và ứng dụng một số định luật thực nghiệm về chất khí lý tởng: Bôi - Mariốt, Sáclơ, Gayluýtxắc. Nắm vững nội dung và ứng dụng phơng trình trạng thái khí lý tởng trên cơ sở mở rộng hệ thức P,V,T của chất khí. Yêu cầu: áp dụng các định luật để giải thích các hiện tợng về nhiệt. Nắm vững nội dung, công thức và phạm vi áp dụng của các định luật cơ học để giải quyết các bài toán có nội dung thực tế. Các định luật cơ bản của chất khí lý tởng. I. Thông số trạng thái. Các thông số trạng thái của chất khí: Trạng thái của một hệ hoàn toàn đợc xác định nếu biết đợc các đặc tính của hệ: nóng hay lạnh, đặc hay loãng và bị nén ít hay nhiều Mỗi đặc tính nh vậy đều đợc đặc trng bằng một đại lợng vật lý bao gồm: nhiệt độ, thể tích, khối lợng, áp suất. Những đặc trng kể trên đợc gọi là các thông số trạng thái của chất khí. 1. áp suất. Định nghĩa: Đại lợng vật lý đợc xác định bằng lực tác dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích. Biểu thức: F P S Với F: Cờng độ lực tác dụng vuông góc lên diện tích S Đơn vị: 2 N m ; at; mmHg; tor Quy đổi các đơn vị: 1at = 9,81.10 4 N/m 2 ; 1mmHg = áp suất gây bởi trọng lợng của cột Hg cao 1mm 1at =736 mmHg ; 1mmHg =13,6 mmH 2 O Giải thích: P Hg = m Hg .g 1 1 P h SDg Hg P D g Hg S S 2 O 2 H P = O 2 H m .g g.D 2 h S P P O 2 H O 2 H 2 22 11 2 1 Dh Dh P P nếu P 1 = P 2 2 D 1 D 1 h 2 h h nớc = h Hg 0,1 6,13 -> h nớc = 13,6 h Hg (1) + Cách xác định áp suất tĩnh trong lòng chất lỏng 2. Nhiệt độ. Đặc trng cho mức độ nóng hay lạnh của hệ, bản chất của nhiệt độ vật thể là do chuyển động nhiệt hỗn độn. Xác định nhiệt độ bằng nhiệt biểu; Nguyên tắc của nhiệt biểu là: đo độ biến thiên của một đại lợng nào đấy rồi suy ra nhiệt độ. Đơn vị: t o C là đơn vị nhiệt độ trong nhiệt giai Xenxiuyt (bách phân). T o K là nhiệt độ trong nhiệt giai Kenvin (tuyệt đối) (t o C+273) =T o K trong nhiệt giai Xenxiuyt thì 0 o C thì P 0 trong nhiệt giai Kenvin thì 0 o K thì P = 0. Các định luật chất khí: (Các định luật diễn tả mối quan hệ giữa các thông số trạng thái với nhau) II. Các định luật thực nghiệm. 1. Định luật Bôilơ Mariốt (Về mối quan hệ P và V khi T không đổi) Nội dung định luật: Trong quá trình đẳng nhiệt, tích thể tích và áp suất của một khối lợng khí có trị số không thay đối. Biểu thức định luật: P 1 V 1 = P 2 V 2 (VP = const) Điều kiện áp dụng: m không đổi, T= const Đồ thị: họ đờng đẳng nhiệt là họ đờng hypecbôn trong hệ trục P,V. 2. Định luật Gayluytxac (mối quan hệ P và T khi V không đổi) Nội dung: Trong quá trình đẳng tích hệ số tăng áp suất của mọi chất khí đều bằng nhau và có trị số 273 1 . Biểu thức: )t1(PP t PP ot ot (4.2) Từ đó có thể biểu diễn thành các dạng khác theo nhiệt độ tuyệt đối T nh sau: TPP ot hoặc cách khác : const T P T P T P 2 2 1 1 (4.3) M N h 1 P 1 =P M P M =P N =P kq +h P 1 =P kq +h (hình1 2 ) P kq M h P M =P kq (mmHg)+h M (mmHg) . (hình1.1 ) 3 Điều kiện áp dụng: constm constV Đồ thị: Họ đờng đẳng tích là những đờng thẳng đi qua gốc toạ độ vẽ trong hệ P, T hoặc những đờng thẳng không qua gốc toạ độ cắt trục tung tại P 0 và trục hoành tại -273 o C vẽ trong hệ toạ độ P,t. 3. Định luật Sác lơ (mối quan hệ V và T khi P không đổi) Nội dung định luật: Trong quá trình áp suất không đổi, hệ số tăng thể tích của mọi chất khí đều bằng nhau và có trị số 1 273 . Biểu thức: V (1 ) t V V o t V t o t (4.4) Từ đó có thể biểu diễn thành các dạng khác theo nhiệt độ tuyệt đối T nh sau: TVV ot hoặc cách khác : 1 2 1 2 V V V const T T T (4.5) Điều kiện áp dụng: constm constP + Đồ thị: Họ đờng đẳng tích là những đờng thẳng đi qua gốc toạ độ vẽ trong hệ V, T hoặc những đờng thẳng không qua gốc toạ độ cắt trục tung tại V 0 và trục hoành tại -273 o C trong hệ toạ độ V,t. 4. Hệ thức P,V,T chất khí lý tởng. 4.1. Khái niệm về khí lý tởng. Định luật B-M & Gayluytxac chỉ đúng trong điều kiện nhiệt độ & áp suất thờng (trong phòng thí nghiệm), đối với chất khí có P cao thì không hoàn toàn đúng. Khí lý tởng là mẫu khí hoàn toàn tuân theo các định luật B-M và Gayluytxac: Các phần tử khí lý tởng không có kích thớc khi đó V bình chứa là thể tích không gian hoạt động tự do. Các phần tử khí lý tởng không tơng tác với nhau do vậy áp suất chất khí bằng áp suất va chạm các phần tử với thành bình. 4.2. Thành lập phơng trình trạng thái. Xét quá trình biến đổi trạng thái của một khối lợng khí từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 thông qua một trạng thái trung gian * nh sơ đồ diễn biến sau: Định luật Bôi Mariốt viết cho quá trình thứ nhất : P 1 V 1 =P * V * rút ra * 1 1 * P V P V (1) Trạng thái 1 P 1 V 1 T 1 Trạng thái * P * V * T * Trạng thái 2 P 2 V 2 T 2 quá trình đẳng nhiệt quá trình đẳng tích (hình 4.3) 4 Định luật Gayluyxac viết cho quá trình thứ hai: * 2 2 * 2 1 P P P T T T rút ra 1 1 2 * * 2 PV P T V T (2) Thay V * = V 2 trong biểu thức (2) và chuyển các đại lợng có cùng chỉ số sang cùng một vế, ta đợc: 1 1 2 2 1 2 PV P V PV const T T T (4.6) Kết luận: Đối với một khối lợng khí nhất định, tích thể tích và áp suất chia cho nhiệt độ tuyệt đối đều bằng nhau và có trị số không đổi. phơng trình trạng thái của chất khí lý tởng . 1. Phơng trình trạng thái đối với một kmol . Gọi P,V,T là các thông số trạng thái của một kmol chất khí. áp dụng hệ thức PVT cho kmol khí đó P V P V P V PV 1 1 2 2 o o T T T T 1 2 o P o V o T o là thông số trạng thái của một kmol khí ở điều kiện tiêu chuẩn: P o = 1,033 at = 1,013.10 5 N/m 2 , V o = 22,4m 3 , T = 273 o K. Khi đó ta có: R T PV (4.7) ( đây là phơng trình trạng thái viết cho một kmol khí lý tởng) Trị số của R là: K.kmol/J10.31,8 273 4,22.0`1.013,1 R 3 5 K .kmol/m.at084,0 273 4,22 .033,1 R 3 (4.8) 2. Phơng trình trạng thái đối với một khối lợng khí bất kỳ. Xét khối lợng m khí bất kỳ có các thông số trạng thái PVT. Trong khối lợng m đó áp suất và nhiệt độ giống nhau đối với mọi kmol, do vậy T = T ; P = P và thể tích V m V . Thay vào phơng trình trạng thái 4.2.1 ta đợc: RV m T P Viết lại thành RT m PV (4.9) ( đây là phơng trình trạng thái khí lý tởng) 3. áp dụng. Phơng trình trạng thái khí lý tởng có phạm vi áp dụng rộng rãi hơn hệ thức PVT. Hệ thức PVT chỉ đợc áp dụng đối với khối lợng khí nhất định có khối lợng khộng thay đổi, còn phơng trình trạng thái có thể áp dụng đối với khối lợng khí bất kì. Ta sẽ áp dụng điều đó vào giải bài tập sau: Bài tập 1 : Một lợng khí ôxy m = 500gam, đựng trong bình có dung tích bằng 2lít, nhiệt độ 27 O C. Tính áp suất của khí còn lại trong bình khi một nửa lợng khí đó đã thoát ra khỏi bình và nhiệt độ nâng lên 87 O C. Cho biết Ôxy có = 32kg/kmol. Hớng dẫn. 5 Trạng thái ban đầu: 1 1 P 1 1 1 1 1 1 m m PV RT RT V (1) Trạng thái sau: 2 2 1 P 2 2 2 2 2 2 2 2 1 m m m P V RT RT RT V V (2) Vì có V 1 = V 2 = V và m 2 = m 1 /2 Chia hai vế ta đợc 1 21 2 T2 TP P , trong đó 3 0,5.8,31.10 .300 6 2 19,5.10 / 1 3 32.2.10 P N m Thay vào trên 6 19,5.10 .360 6 2 11,7.10 / 2 600 P N m Bài tập 2: Quá trình biến đổi của 20gam khí Ôxy đợc mô tả qua đồ thị. Hãy áp dụng công thức để xác định T 3 ? Hớng dẫn áp dụng phơng trình trạng thái tại 2: K190 10.20.084,0 32.2,0.5,0 mR VP T RT m VP O 3 22 22 2 22 áp dụng định luật Gayluyxac giữa hai trạng thái 2 và 3: K3800 2,0 190.4 V TV T T V T V O 2 23 3 3 3 2 2 Hoặc có thể làm theo cách khác nh sau: áp dụng phơng trình trạng thái tại 2: K190 10.20.084,0 32.2,0.5,0 mR VP T RT m VP O 3 22 22 2 22 áp dụng quá trình đẳng tích giữa hai trạng thái 2 và 1 K3800 5,0 190 P TP T T P T P o o 2 21 1 1 1 2 2 thuyết động học phân tử về chất khí 1. Cấu tạo phân tử các chất: Mọi chất đều đợc cấu tạo từ các hạt rất nhỏ bé dạng phân tử, nhỏ hơn là nguyên tử và nhỏ hơn nữa là các hạt vi mô (nh các hạt nuclon). P 0,2 O 1 2 3 (at) V (m 3 ) 0,5 (hình 4.4) 6 Số lợng các phân tử là vô cùng lớn, các chất khác nhau thì thể tích riêng của các phân tử cũng khác nhau, tuy nhiên trong một kmol phân tử của bất kì một chất nào cũng chứa một số lớn các phân tử bằng nhau là N A =6,023.10 26 phân tử (N A gọi là số Avôgađrô). Các phân tử tơng tác lẫn nhau bằng các lực hút hoặc các lực đẩy. Ta có thể mô phỏng các phân tử nh các quả cầu nhỏ đợc liên kết với nhau bằng những lò xo đàn hồi, khi gần nhau thì xuất hiện lực đẩy và xa nhau thì xuất hiện lực kéo lại. Khoảng cách tơng đối giữa các phân tử sắp xếp theo thứ tự giảm dần theo chất khí, chất lỏng và chất rắn. Bằng các thực nghiệm ngời ta đã xác nhận đợc các phân tử chất khí và lỏng luôn luôn chuyển động hỗn loạn và không ngừng, còn các phân tử chất rắn thì dao động hỗn loạn xung quanh vị trí cân bằng. 2. Nội dung thuyết động học phân tử: Dựa trên cấu tạo cấu tạo phân tử của các chất và chuyển động hỗn loạn không ngừng của các phân tử chất cùng với sự quan sát bằng thực nghiệm, ngời ta đa ra thuyết phân tử khí lý tởng nh sau: Các chất khí có cấu trúc gián đoạn gồm số lớn các phân tử. Các phân tử luôn ở trạng thái chuyển động hỗn loạn và không ngừng. Kích thớc riêng của các phân tử rất nhỏ bé so với khoảng cách giữa chúng, coi phân tử nh một chất điểm chuyển động. Các phân tử không tơng tác lẫn nhau. Trừ lúc chúng va chạm vào nhau hoặc va chạm vào thành bình là hoàn toàn đàn hồi tuân theo các định luật cơ học của Niutơn. 3. Phơng trình thuyết động học phân tử: Xét bình chứa khí có mật độ phân tử là n o , các phân tử chuyển động hỗn loạn với vận tốc trung bình là v, khi các phân tử đập vào thành bình thì gây nên áp suất đối với thành bình và đó cũng là áp suất của chất khí bên trong bình chứa (hình 4.5) . Gọi F là lực tác dụng vuông góc vào diện tích s của thành bình Theo biểu thức định nghĩa về áp suất; s F P Trong đó F là cờng độ lực tổng hợp của n các phân tử tác dụng vuông góc lên diện tích S trong khoảng thời gian t. Ta có F = n.f ( f là cờng độ lực do một phân tử tác dụng vào thành bình) Tính n ? v. t S thành bình (hình 4.5) 7 Số hạt có khả năng đến va chạm vào s trong thời gian t sẽ nằm trong thể tích V , đáy làs và đờng cao là v.t. Do vậy t.v.SV Số phần tử N có trong thể tích V đợc xác định là N = n o . V = n o . s.v. t Do tính chất hỗn loạn của các phân tử nên theo hớng vuông góc s chỉ có 1/6 số hạt trong tổng số nói trên mới tới va chạm vào thành bình n = 6 t.v.s.n 6 N o hạt. Tính f? Độ biến thiên động lợng giữa một hạt phân tử va chạm vào thành bình trong t là: k i = f i .t mà k i = 2mv. t mv2 t k f i Tính F ? F = s.v.m. 3 n . t v.m2 6 t.v.s.n F 2 ii oiio Tính áp suất P? s F P = n o . 2 v.m n 3 2 3 v.m 2 ii o 2 ii Trong đó: ).v vv( n 1 v 2 n 2 2 2 1 2 2 . 3 P n W o d (4.9) Nhận xét: áp suất phụ thuộcvào mật độ và động năng tịnh tiến trung bình của một phần tử gọi là phơng trình cơ bản của thuyết động học phân tử khí. 4. Hệ quả: Giải thích các định luật chất khí bằng thuyết động học phân tử Biểu thức động năng tịnh tiến trung bình phụ thuộc vào nhiệt độ. Ta chứng minh dới đây: Xét 1 Kmol chất khí lý tởng PV=RT do wn 3 2 P V RT P Ao d N RT . 2 3 Vn RT . 2 3 w KT 2 3 w d (với K là hằng số Bônzman) (4.10) Trị số của K là K = do/J10.38,1 Kmol 1 10.023,6 K.Kmol/J10.31,8 N R 23 26 3 Tính vận tốc căn quân phơng: 1 2 . 2 3 3 2 2 w m v d RT w KT d N A 3 3 2 RT RT v N m A (m: khối lợng 1 phân tử và N A .m = ) -> RT v 3 2 gọi 2 v vận tốc căn quân phơng. (4.11) * Tính mật độ phân tử: do w.n 3 2 P KT 2 3 w d P = n o KT n o = KT P (4.12) 8 Mọi chất khí có mật độ phân tử bằng nhau dới cùng áp suất và nhiệt độ. Xét trong ĐKTC: P = 1,013.10 5 N/m, T o = 273 o K thì mật độ là n o = 25 25 25 o o 10.687,2 do273.do/J10.38,1 m/N10.013,1 KT P phân tử/m 3 Hớng dẫn học và củng cố kiến thức chơng I Câu hỏi ôn tập 1. Thế nào là chất khí lý tởng? Tại sao các định luật về tính chất của chất khí chỉ đúng với khí lý tởng? 2. Phát biểu nội dung và viết biểu thức các định luật chất khí? Nêu điều kiện áp dụng cho từng định luật đó. Cơ năng gồm những dạng năng lợng nào? Nêu định nghĩa với từng dạng năng lợng đó? 3. Thành lập hệ thức P,V,T đối với chất khí lý tởng? Nêu kết luận và điều kiện áp dụng? Tại sao các định luật chất khí lại là trờng hợp riêng của hệ thức P,V,T? 4. Thành lập phơng trình trạng thái chất khí với 1kmol và khối lợng bất kỳ? Tại sao phơng trình trạng thái còn tổng quát hơn cả hệ thức P,V,T? 5. Nêu các giả thuyết cơ bản của thuyết động học phân tử khí lý tởng? Thiết lập những phơng trình cơ bản của thuyết động học phân tử khí lý tởng? BàI tập 6. Có 10gam khí ôxy ở áp suất 3at và nhiệt độ 10 o C, đợc hơ nóng đẳng áp giãn nở tới thể tích 10lít. Hãy tính a) Thể tích của khối khí trớc khi hơ nóng? b) Nhiệt độ của khối khí sau khi hơ nóng? Cho biết khối khí có khối lợng kmol phân tử là = 32kg.kmol -1 . 7. Có 2gam khí ở áp suất 2.10 5 N/m 2 chứa trong thể tích 820cm 3. Tính nhiệt độ của khối lợng khí đó? Cho biết = 28,8kg.kmol -1 . 8. Một bình có thể tích 12lít chứa đầy khí nitơ có áp suất và nhiệt độ của khối khí lần lợt là 80at và 17 o C. Tính khối lợng của khí đó trong bình. Cho = 28kg.kmol -1 . 9. Có 10 gam khí hiđrô ở áp suất 8,2at đựng trong một bình có thể tích 20lít. Cho = 2kg.kmol -1 . a) Tính nhiệt độ của khối khí. b) Hơ nóng đẳng tích khối khí này tới khi áp suất của nó bằng 9at. Tính nhiệt độ của khối khí khi đó. 10. Có 40 gam khí ô xy, thể tích 3lít, áp suất 10at. a) Tính nhiệt độ của khối khí? b) Cho khối khí dãn nở đẳng áp tới thể tích 4lít. hỏi nhiệt độ của khối khí sau khi dãn nở? 11. Một ống thuỷ tinh tiết diện đều, một đầu kín, một đầu hở. Lúc đầu ngời ta nhúng đầu hở vào một chậu nớc sao cho mực nớc trong và ngoài ống bằng nhau, chiều cao của cột khí còn lại trong ống là 20cm (hình4.6a) . Sau đó, ngời tịnh tiến ống dịch lên trên so với mặt nớc 4cm (hình4.6b) . Hỏi mực nớc trong ống dâng lên bao nhiêu? Biết rằng áp suất khí quyển là 760mmHg và nhiệt độ xung quanh không thay đổi. h 1 = 20cm h o = 4cm h x = ? 9 12. Có 10 gam khí ôxy ở áp suất 3at và nhiệt độ 10 o C hơ nóng đẳng áp, khí dãn nở đến thể tích 10 lít. xác định: a) Thể tích của khí ôxy trớc khi hơ nóng? b) Nhiệt độ của khí sau khi hơ nóng? c) Khối lợng riêng của khí trớc và sau khi giãn nở. 13. Có hai bình thông nhau bằng một ống thuỷ tinh có khoá, mỗi bình chứa một loại khí khác nhau. thể tích của bình thứ nhất là 2 lít và áp suất bằng 1at, bình thứ hai có thể tích là3lít có áp suất 2at (hình 4.7) . Tính áp suất của hai bình khi chúng đợc thông nhau khi mở khoá. Coi quá trình mở khoá là quá trình đẳng nhiệt. 14. Một ống phong vũ biểu có lọt vào trong một lợng nhỏ không khí (hình 4.8) , do đó ở điều kiện bình thờng t = 0 o nó chỉ 750 mmHg, trong khi đó áp suất thực tế của khí quyển lại là 760mmHg. Tính khối lợng riêng của lợng khí đã lọt trong ống phong vũ biểu. Cho = 29kg/kmol. 15. Một bình chứa một chất khí nén ở nhiệt độ 27 0 C và áp suất 40at. Tìm áp suất của chất khí đó khi đã có một nửa khối lợng khí thoát ra khỏi bình và nhiệt độ hạ xuống 12 o C. Chơng II: Nội năng khí lý tởng Nguyên lý nhiệt động lực học Mục đích chơng: Nắm vững các đặc trng về năng lợng nhiệt của chất khí. Nắm vững quy luật của các quá trình trao đổi và biến hoá năng lợng. Yêu cầu: Hiểu rõ ý nghĩa của các đại lợng đặc trng về năng lợng nhiệt, biểu thức mô tả quá trình trao đổi và chuyển hoá năng lợng. (hình 4.8) h o = 750mmHg P kq = 760mmHg A A B (hình 4.7) 10 Nắm vững nội dung, công thức và phạm vi áp dụng của các nguyên lý và định luật để giải quyết các bài toán có nội dung thực tế. nội năng khí lý tởng, định luật phân bố năng lợng theo số bậc tự do I. Định luật phân bố năng lợng theo bậc tự do: 1. Bậc tự do của phân tử. Khái niệm: Thông số độc lập cần thiết để xác định vị trí của phân tử trong không gian. Ví dụ: Để xác định vị trí của phân tử trong không gian ta cần phải biết các toạ độ x,y,z. Các toạ độ đó đợc gọi là bậc tự do. Nếu phân tử chỉ chuyển động tịnh tiến thì số bậc tự do bằng 3, còn nếu phân tử vừa tịnh tiến , vừa quay thì số bậc tự do bằng 5, phân tử đơn nguyên tử có i =3; 2 nguyên tử i = 5; 3 nguyên tử i = 6. 2. Định luật phân bố năng lợng theo số bậc tự do. Nội dung: Năng lợng của phân tử khí đợc phân bố đều theo các bậc tự do. Trong chuyển động tịnh tiến các phân tử có số bậc tự do bằng 3, động năng trung bình chuyển động hỗn độn các phân tử tơng ứng bằng KT 2 3 w d . Từ đó có thể suy ra năng lợng tơng ứng với mỗi bậc tự do bằng KT 2 1 . Kí hiệu số bậc tự do của phân tử lài. Ta có thể nhận xét một cách tổng quát: nếu phân tử có số bậc tự do là i thì năng lợng của phân tử sẽ là KT 2 1 .i . II. Nội năng của khí lý tởng. 1. Khái niệm nội năng. Động năng trung bình chuyển động hỗn độn các phân tử : KT 2 i w d . Năng lợng trung bình chuyển động hỗn loạn các phân tử bao gồm động năng trung bình của chuyển động hỗn độn các phân tử và thế năng tơng tác ttd www . Đối với khí lý tởng thì bỏ qua thế năng tơng tác giữa các phân tử do vậy KT 2 i ww d 2. Nội năng của 1 kmol khí lí tởng. Trong một kmol khí bất kì đều chứa N A phân tử , mỗi phân tử có năng lợng KT 2 i . Năng lợng tổng cộng của các phân tử có trong một kmol đó đợc gọi là nội năng của một kmol, kí hiệu là U O thì biểu thức của U O là: KT 2 i NU AO (5.1) [...]... Hai phân tử a,b đựng trong một nửa bình có ngăn cách với nửa bình bên kia không chứa phân tử nào bằng một vách ngăn Khi bỏ vách ngăn, ta liệt kê được 4 kiểu phân bố hệ hai phân tử ( như hình vẽ 5.7) và có các nhận xét như sau: - Tổng số có 4 kiểu phân bố phân tử là 1, 2, 3, 4 Mỗi kiểu phân bố đó là một trạng thái ngẫu nhiên của hệ, và gọi là một vi thái( trạng thái vi mô) - Nếu không đánh dấu từng phân. .. định luật phân bố phân tử: Do tính chất hỗn độn và không đồng đều của các phân tử khí nên các phân tử khí không hoàn toàn giống nhau Bằng phương pháp thống kê và phương pháp tính toán trên thực nghiệm, người ta chỉ có thể xác định được thông số trạng thái có tính xác suất mà thôi Dưới đây là kết quả về sự phân bố xác suất của một số đại lượng đặc trưng cho trạng thái của chất khí 5.1 Định luật phân bố... không phân biệt giữa các phân tử) thì chỉ có 3 kiểu phân bố là I , II , III Mỗi kiểu phân bố sẽ tương ứng với một hoặc nhiều trạng thái ngẫu ab 1 nhiên của hệ, được gọi là một vĩ thái (trạng thái vĩ mô) I ab - Theo lý thuyết xác suất toán thì : vĩ thái I và II ít khả 2 II năng xảy ra(chỉ chứa có một vi thái); vĩ thái III khả năng xảy a ra nhiều hơn ( chứa hai vi thái) b 3 b a 4 + Ví dụ 2: Bốn phân tử... phương trình trạng thái khí thực và phân biệt được khí thực và khí lý tưởng phương trình trạng thái khí thực I Cộng tích và nội áp 28 1 Cộng tích + Khí lý tưởng: Kích thước phân tử rất nhỏ không đáng kể, chúng không chiếm một không gian nào cả, do vậy không gian cho các phân tử hoạt động tự do bằng dung tích bình chứa + Khí thực: Không thể bỏ qua kích thước các phân tử, mỗi phân tử chiếm một thể tích nhất... bình mô tả đúng mức độ của chuyển động các phân tử + Khí thực: Giữa các phần tử có sự tương tác kể cả khi giữa chúng có khoảng cách, tuy nhiên về mọi phía như nhau nên các phân tử trong lòng chất khí ở trạng thái tự do Khi các phân tử tiến đến va chạm vào thành bình, tới gần thành bình thì nó lại bị các phân tử phía bên trong bình xu hướng kéo lại, áp suất mà các phân tử khí thực tác dụng vào thành bình... trong bình có tổng cộng N phân tử.ở5 trạng thái cân bằng( số phân tử khí trong mỗi bình là không đổi) Số phân tử khí trong mỗi bình là bao nhiêu? 34 Bài giải: Trong bài này ta phải xét hai trường hợp + áp suất thấp N1 T1 + áp suất không thấp a) Khi áp suất thấp N2 T2 Trạng thái cân bằng được thiết lập khi trong một đơn vị thời gian số phân tử z1 từ trái sang phải bằng số phân tử z2 từ phải sang trái... Thành lập công thức tính công trong quá trình cân bằng? Biểu diễn công mà hệ thực hiện được trong một chu trình bằng đồ thị? 8 Định nghĩa nhiệt dung riêng? Nhiệt dung phân tử? Thành lập công thức tính nhiệt dung phân tử đẳng tích và nhiệt dung phân tử đẳng áp? Giải thích sự khác nhau? 9 Thành lập công thức tính độ biến thiên nội năng, biểu thức tính công trong các quá trình: đẳng tích, đẳng áp và đẳng nhiệt?... động hỗn loạn của phân tử? b) Tính mật độ phân tử khí? c) Nếu mật độ phân tử khí trong bình tăng lên gấp đôi nhưng áp suất vẫn giữ như cũ thì nhiệt độ của khí trong bình bằng bao nhiêu? Thể tích của khối khí phải thay đổi thế nào? d) Tính nội năng của khối lượng khí trong bình, xét trong hai trường hợp: Mật độ khí lúc đầu và mật độ khí đã thay đổi? 17 Tính số phân tử hiđrô trong 1m3 nếu áp suất của nó... Tính mật độ phân tử trong một bình chứa khỉ 27oC và áp suất P = 8,28.10-3N/m2 19 Một bình có thể tích 10lít Bình đó chứa ôxy ở áp suất 10at và ở nhiệt độ7oC Số bậc tự do là i =5 hãy tính độ tăng nội năng của khối khí ôxy này khi nhiệt độ của nó tăng lên tới 70oC 20 Tính quãng đường tự do trung bình của các phân tử khí CO2 ở nhiệt độ 100oC và áp suất 736mmHg Biết rằng đường kính hiệu dụng của phân tử CO2... tượng: Nhiệt độ truyền từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt độ thấp 2 Giải thích Do chuyển động nhiệt hỗn độn nên ở nhiệt độ cao các phân tử khí khuếch tán sang chỗ có nhiệt độ thấp và ngược lại nhưng động năng của các phân tử ở chỗ có nhiệt độ cao lớn hơn, kết quả các phân tử ở chỗ có nhiệt độ thấp có thêm động năng ( chuyển động mạnh hơn ) -> nhiệt độ cao lên 3 Định luật Furiê T s.t x Q: nhiệt lượng . kiểu phân bố phân tử là 1, 2, 3, 4. Mỗi kiểu phân bố đó là một trạng thái ngẫu nhiên của hệ, và gọi là một vi thái( trạng thái vi mô). - Nếu không đánh dấu từng phân tử(tức là không phân biệt. lợng các phân tử là vô cùng lớn, các chất khác nhau thì thể tích riêng của các phân tử cũng khác nhau, tuy nhiên trong một kmol phân tử của bất kì một chất nào cũng chứa một số lớn các phân tử. ngừng của các phân tử chất cùng với sự quan sát bằng thực nghiệm, ngời ta đa ra thuyết phân tử khí lý tởng nh sau: Các chất khí có cấu trúc gián đoạn gồm số lớn các phân tử. Các phân tử luôn