Đối với môn vật lý phân tử và nhiệt học thường có ý kiến cho rằng nó có tính chất vụn vặt và rời rạc; các vấn đề được trình bày thiếu sự gắn bó khăng khít với nhau. Do đó khó mà nắm được nội dung cơ bản cũng như khó mà thấy rõ tính hệ thống bộ môn. Để tránh nhược điểm trên trong cuốn sách này chúng tôi đã chú ý lựa chọn những vấn đề cơ bản nhất đi sâu vào nội dung vật lý nhằm nêu lên được tính cơ bản và tính hệ thống của các vấn đề được trình bày. Vậy vấn đề cơ bản nhất của vật lý phân tử và nhiệt học là gì ? Trước hết ta cần nắm được những hiểu biết cơ bản về cấu tạo phân tử của vật chất (mà điểm chủ yếu là sự chuyển động của phân tử cấu tạo nên các chất) ở những trạng thái khác nhau. Đây cũng chính là nội dung cơ bản của thuyết động học phân tử đã được trình bày với mức độ ngày càng sâu them trong quá trình lần lượt nghiên cứu các trạng thái khac nhau (khí, lỏng, rắn) của vật chất. Tìm hiểu cấu tạo phân tử của vật chất và vận dụng những hiểu biết đó để giải thích những tính chất vĩ mô của vật chất liên quan đến chuyển động của các phân tử là nhiệm vụ quan trọng hàng đầu trong quá trình học tập và nghiên cứu môn vật lý phân tử và nhiệt học. Đó chính là sợi dây nối liền các vấn đề lại với nhau. Quán triệt được nhiệm vụ này trong toàn bộ việc học tập và nghiên cứu nội dung cơ bản và tính hệ thống của bộ môn.
LÊ VĂN VẬT LÝ PHÂN TỬ NHIỆT HỌC (Tái lần thứ 2) NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC 1978 VÀ LỜI NGƯỜI SOẠN Đối với môn vật lý phân tử nhiệt học thường có ý kiến cho có tính chất vụn vặt rời rạc; vấn đề trình bày thiếu gắn bó khăng khít với Do khó mà nắm nội dung khó mà thấy rõ tính hệ thống môn Để tránh nhược điểm sách ý lựa chọn vấn đề sâu vào nội dung vật lý nhằm nêu lên tính tính hệ thống vấn đề trình bày Vậy vấn đề vật lý phân tử nhiệt học ? Trước hết ta cần nắm hiểu biết cấu tạo phân tử vật chất (mà điểm chủ yếu chuyển động phân tử cấu tạo nên chất) trạng thái khác Đây nội dung thuyết động học phân tử trình bày với mức độ ngày sâu them trình nghiên cứu trạng thái khac (khí, lỏng, rắn) vật chất Tìm hiểu cấu tạo phân tử vật chất vận dụng hiểu biết để giải thích tính chất vĩ mô vật chất liên quan đến chuyển động phân tử nhiệm vụ quan trọng hàng đầu trình học tập nghiên cứu môn vật lý phân tử nhiệt học Đó sợi dây nối liền vấn đề lại với Quán triệt nhiệm vụ toàn việc học tập nghiên cứu nội dung tính hệ thống môn Trên sở hiểu biết cấu tạo phân tử vật chất ta cần nắm ý nghĩa vật lý khái niệm môn áp suất chất khí, nhiệt độ, nhiệt lượng, lượng chuyển động nhiệt, nội năng, nhiệt dung riêng, v.v…Mặt khác ta cần nắm ý nghĩa vật lý định luật nguyên lý vật lý phân tử nhiệt động lực học trình bày sách ứng dụng phạm vi ứng dụng chúng thực tiến Môn vật lý phân tử nhiệt học môn vật lý khác dung nhiều phương pháp khác để nghiên cứu phương pháp mô hình hóa phương pháp thực nghiệm, phương pháp đồ thị, phương pháp toán học, v.v… Nhưng môn vật lý phân tử nhiệt học (ở đại học) quan trọng có tính chất bao trùm phương pháp vật lý thống kê phương pháp động lực học Thực việc nắm cách đầy đủ sâu sắc hai phương pháp đạt sau học môn vật lý thống kê môn nhiệt động lực học, ta cần bước đầu tìm hiểu nội dung hai phương pháp nói biết cách vận dụng chúng việc học tập nghiên cứu môn vật lý phân tử nhiệt học Với tinh thần đó, sách ý trình bày nội dung vật lý phân tích ưu nhược điểm phương pháp Trong ba chương đầu sách, sở nghiên cứu chất khí lý tưởng hình thành cách cụ thể nội dung vật lý hai phương pháp vật lý thống kê nhiệt động lực học, chương vận dụng đồng thời hai phương pháp để nghiên cứu tính chất vật chất trạng thái khác Có thể coi hai phương pháp sợi dây thứ hai gắn bó vấn đề trình bày lại với Để tập trung vấn đề vật lý phân tử nhiệt học việc thiếu phải tinh giản nội dung Cuốn sách viết với tinh thần Xu hướng chung việc trình bày môn vật lý phân tử nhiệt học (ở đại học) năm gần lại số nước dựa vào lý thuyết để đến định luật để khảo sát tính chất vĩ mô vật chất sau nêu lên số thực nghiệm kiểm chứng kết đạt từ lý thuyết Cách trình bày cho phép sâu vào chất vật lý tượng đồng thời tinh giản nội dung Trong viết sách đồng chí cán giảng dạy vật lý trường Đại học sư phạm Hà Nội , Vinh Việt Bắc, đặc biệt đồng chí Phạm Quý Tư góp nhiều ý kiến nhận xét quý báu Chúng xin thành thực cám ơn tất đồng chí Chúng mong nhận ý kiến bạn dùng sách Hà nội, tháng 10-1970 LÊ VĂN MỞ ĐẦU §1 CẤU TẠO PHÂN TỬ CỦA CÁC CHẤT Khi nghiên cứu chuyển động học vật ta cần biết khối lượng kích thước vật Để nghiên cứu tượng “ Nhiệt” tượng vật lí khác, biết khối lượng kích thước vật chưa đủ cần nghiên cứu cấu tạo chúng Thuyết cấu tạo phân tử chất hay gọi thuyết động học phân tử chất có nội dung sau: Các chất cấu tạo số lớn lại có kích thước nhỏ gọi phân tử Phân tử ? Đó phần tử nhỏ chất giữ tính chất hóa học chất Phân tử lại bao gồm nhiều hạt đơn giản hơn; nguyên tử Ví dụ phân tử nước (H 2O) phần tử nhỏ nước có đầy đủ tính chất hóa học nước Nếu dùng phương pháp ( điện phân chẳng hạn ) phân tử nước lại phân tách thành hạt nhỏ hơn, nguyên tử hydro oxy Những nguyên tử có tính chất hóa học khác hẳn với nước Các khí heli (He), neon (Ne), argon (Ar), v.v… cấu tạo nguyên tử, nói cách khác phân tử khí gồm nguyên tử Có nhiều chất khí, điều kiện bình thường, phân tử chúng gồm hai nguyên tử loại hydro (H 2), oxy (O2), nito (N2), v.v… Sở dĩ phải nêu lên điều kiện bình thường, nhiệt độ cao hay tác dụng yếu tố bên phân tử chất khí bị phân ly thành nguyên tử Có hàng triệu loại phân tử khác (1974) người ta biết thức có 106 loại nguyên tử khác (88 loại nguyên tử thiên nhiên 18 loại nguyên tử nhân tạo) Những loại nguyên tử gọi nguyên tố hóa học Kích thước phân tử, nguyên tử nhỏ (vào khoảng 10 -8cm) Số phân tử, nguyên tử thể tích định lại lớn ( chẳng hạn 1cm nước có vào khoảng 3,3.1022 phân tử) Những thành tựu khoa học đại cho phép sâu tìm hiểu cấu trúc nguyên tử Tuy nhiên để hình dung cấu trúc nguyên tử cần phải có quan niệm khác với quan niệm vật lí thông thường Ta dùng định luật chuyển động học cổ điển để mô tả chuyển động hạt cấu tạo nên nguyên tử Điều lạ học cổ điển hình thành khảo sát chuyển động vật có kích thước lớn mà ta nhìn thấy sờ mó Còn hạt cấu tạo nên nguyên tử có kích thước vào khoảng 10-13cm tức lại nhỏ so với nguyên tử Các kết thực nghiệm chứng tỏ hạt cấu tạo nên nguyên tử có tính chất khác với vật thông thường quan sát học cổ điển Những tính chất tuân theo định luật gọ định luật học lượng tử Theo mẫu “ hành tinh” nguyên tử, người ta coi nguyên tử có cấu trúc hệ hành tinh thu nhỏ Ở tâm hệ có “Mặt trời” tức hạt nhân nguyên tử mang điện dương Chung quanh hạt nhân có “ hành tinh” chuyển động; electron mang điện âm Electron hạt tạo nên hạt nhân nguyên tử ( Proton notron) hạt Ngoài hạt vừa kể có nhiều hạt khác Ngày người ta biết vào khoảng 200 hạt Trong sách này, ta dừng lại cấu trúc phân tử chất phạm vi gần ta vận dụng định luật học cổ điển để xét chuyển động phân tử Các phân tử cấu tạo nên chất chuyển động hỗn loạn không ngừng Năm 1827 Braono, nhà sinh vật học người Anh quan sát kính hiển vi chuyển động hỗn loạn chuyển động không ngừng hạt nhỏ chất long ( chẳng hạn hạt phấn hoa ) Hình Các hạt gọi hạt brao-nơ chuyển động chúng gọi chuyển động braono Quỹ đạo hạt braono đường gấp khúc Trên hình biểu thị quỹ đạo hạt braono vẽ theo vị trí hạt sau khoảng thời gian xác định ( chẳng hạn cách 30 giây ) Vì có chuyển động braono ? Đó hạt braono có kích thước nhỏ nên số va chạm phân tử chất lỏng vào hạt khoảng thời gian ngắn theo phía khác khác phân tử chất lỏng đến va chạm vào hạt theo phía khác vận tốc khác Kết xung lực (1) phân tử chất lỏng tác dụng hạt theo phía lớn nhỏ phía Vì tổng xung lực phân tử chất lỏng tác dụng lên hạt theo phía không không Mặt khác khối lượng hạt Braono lại nhỏ, tác dụng xung lực nói trên, hạt braono dịch chuyển theo hướng định Do tính chất chuyển động hỗn loạn phân tử, tổng xung lực tác dụng lên hạt braono thay đổi theo thời gian độ lớn mà hướng tác dụng nên quỹ đạo hạt braono có đường gấp khúc Vì lí người ta nói chuyển động braono phản ánh chuyển động phân tử chất lỏng Điều giải thích hoàn toàn đắn ta dùng hạt to không thấy chuyển động braono Sở dĩ hạt kích thước lớn (còn gọi kích thước vĩ mô) số va chạm phân tử chất lỏng vào hạt lớn so với trường hợp hạt braono Do va chạm phân tử chất lỏng vào hạt theo phía phải coi (nghĩa phía ưu tiên), tổng xung lực phân tử chất lỏng tác dụng lên hạt coi không Mặt khác khối lượng hạt trường hợp lớn nhiều so với hạt braono Vì hạt không chuyển động Chuyển động braono thấy quan sát chuyển động hạt bụi lơ lửng không khí v.v… Một thí nghiệm quan trọng khác chứng minh chuyển động phân tử tượng khuếch tán: hai chất lỏng hòa lẫn để tiếp xúc với cho lúc đầu có ranh giới rõ rệt (chẳng hạn đổ dung dịch sunfat đồng màu xanh vào cốc thủy tinh, sau đổ nhẹ nước màu trắng lên trên) sau thời gian đó, không cần có tác dụng bên chúng hòa lẫn vào nhau, mặt ranh giới nhòa dần Hiện (1) xung lực lực tác dụng khoảng thời gian ngắn tượng phân tử hai chất lỏng chuyển động xen lẫn vào Khuếch tán khí (ví dụ brom lọ bay ngoài); xảy nhanh chất lỏng Khuếch tán chất rắn (ví dụ vàng chì ép vào nhau) xảy chậm so với trường hợp chất khí chất lỏng Ở nhiệt độ bình thường khuếch tán hai kim loại vào nhận thấy cách rõ rệt sau vài tháng Nhiều kiện chứng tỏ phân tử có lực tương tác ( hút đẩy) tính chất hỗn loạn chuyển động phân tử tùy thuộc vào độ lớn lực tương tác Sau ta thấy độ lớn lực tương tác phân tử trạng thái khí, lỏng rắn khác nên tính chất hỗn loạn chuyển động phân tử trạng thái vật chất nói khác Ngày nhận biết gián tiếp tồn phân tử chuyển động hỗn loạn, không ngừng chúng mà dùng máy móc đại ( kính hiển vi điện tử, máy chiếu điện tử, máy chiếu ion) khuếch đại lên hàng trăm nghìn lần chí hàng triệu lần để quan sát trực tiếp chuyển động phân tử Hiện người ta chụp ảnh trực tiếp phân tử riêng rẽ số chất hữu §2 ĐỐI TƯỢNG NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA VẬT LÝ PHÂN TỬ VÀ NHIỆT HỌC Những tượng “nhiệt” tượng có phân tử Vì chuyển động hỗn loạn phân tử gọi chuyển động nhiệt Vật lý phân tử nhiệt học theo tên gọi môn nghiên cứu tượng nhiệt sở hiểu biết cấu tạo phân tử chất đối tượng nghiên cứu môn hệ gồm số lớn phân tử chuyển động Còn nhiệm vụ nghiên cứu mối liên quan tính chất vĩ mô hệ vật chất ( ví dụ nhiệt độ, áp suất, tính giãn nở,…) với tính chất định luật chuyển động phân tử cấu tạo nên hệ Trong học, để nghiên cứu chuyển động vật lý phân tử ta dùng phương pháp động lực học, vật lý phân tử nhiệt học dùng phương pháp không ? Việc dùng phương pháp động lực học để ngiên cứu hệ cấu tạo số lớn phân tử thực đòi hỏi phải biết tất lực tác dụng lên phân tử từ phân tử khác Nhưng tương tác phân tử phức tạp ta giá trị cụ thể lực Hơn nữa, giả sử ta biết chúng ta phải viết giải số lớn phương trình chuyển động phân tử hệ ( ví dụ điều kiện bình thườn 1cm3 chứa vào khoảng 2,7.1019 phân tử hay 1cm3 kim loại chứa vào khoảng 1022 nguyên tử) Chỉ việc viết tất phương trình khó khăn, chưa nói đến việc giải Vì vật lý phân tử nhiệt học ……………… dùng phương pháp khác để nghiên cứu: phương pháp vật lý thống kê Khác với phương pháp động lực học (cơ học ) phương pháp vật lý thống kê không …………… vấn đề xét chuyển động phân tử riêng rẽ …………… xét chuyển động chung tập hợp lớn ……… phân tử cấu tạo nên vật Để đặc trưng cho chuyển động chung phân tử dĩ nhiên lấy giá trị đại lượng riệng phân tử mà rõ ràng phải lấy giá trị trung bình đại lượng toàn phân tử Ví dụ động phân tử đặc trưng cho chuyển động chung phân tử mà phải lấy giá trị trung bình động chúng Tóm lại, vật lý phân tử nhiệt học môn có nhiệm vụ nêu lên mối liên quan đại lượng đặc trưng cho tính chất vĩ mô vật với giá trị trung bình đại lượng đặc trưng cho chuyển động phân tử Để xét đến giá trị trung bình vừa nói trên, ta phải dựa vào khái niệm xác suất Vì phương pháp vật lý thống kê xây dựng dựa sở lý thuyết xác suất Sau đề cập đến vài khái niệm lý thyết xác suất có liên quan đến việc nghiên cứu phần Xác suất ? Khái niệm xác suất nêu nghiên cứu tượng ngẫu nhiên xảy nhiều lần theo cách khác Ví dụ quan sát nhiều lần việc gieo xúc xắc (một vật rắn đồng chất, hình lập phương, có mặt đặn ghi số từ đến 6) vấn đề đặt việc lùi số liền sau……………… ………………… …………………… …………………… m x →∞ N W = lim Trong m số lần biến cố cần quan sát xảy N tổng biến cố xảy Tỉ số m N cho ta hình dung cách khái quát biến cố cần quan sát xảy nhiều hay lần so với tổng biến cố xảy Nếu N nhỏ tỷ số N →∞ giá trị định N lớn ( ) tỷ số giá trị định theo định nghĩa gọi xác suất m N m N tiến tới Một biến cố có xác suất W lớn hay xảy ra, ngược lại có xác suất W nhỏ xảy Tuy nhiên giá trị xác suất thay đổi từ giá trị ≤ W ≤1 Khi W=1 biến cố chắn xảy Khi W=0 biến cố định không xảy Trường hợp xúc xắc, việc lật lên có xác suất nhau, vậy: W = lim x →∞ m = N Phép tính trung bình Khái niệm xác suất giúp ta xác định giá trị trung bình độ lớn khác xuất nhiều lần cách nhẫu nhiên Ví dụ tìm giá trị trung bình n số lật lên gieo xúc xắc nhiều lần n= m1.1 + m2 + m3 + + m6 N Ở m1, m2, m3,… số lần lật lên số n1=1, n2=2, n3=3,… N tổng số lần gieo Ta viết gọn lại: n= ∑m n i i i →1 N Trong mi số lần lật lên số ni Nếu N số chưa đủ lớn giá trị trung bình n giá trị xác định mi x →∞ N Wi = lim N →∞ Khi N số lớn ( ) theo định nghĩa xác suất xác xuất lật lên số ni) ta có : (W 6 mi n1 = ∑ Wi ni i →1 N i →1 n =∑ ………………………… ………………………………… ……………………………… vận tốc phân tử) có giá trị ngẫu nhiên giá trị trung bình đại lượng đặc trưng cho chuyển động phân tử (như động trung bình, vận tốc trung bình, v.v…) phải có giá trị hoàn toàn xác định (khi tác dụng bên ngoài) Cần nhắc lại kết nói dung xét hệ gồm số lớn phân tử, ta nói phép tính trung bình có tính chất thống kê phương pháp nghiên cứu vật lý phân tử nhiệt học dựa vào phép tính trung bình gọi phương pháp vật lý thống kê 10 4.6 h +h A = po S h1 − ho Ln o ÷ = 2,37 J ho 4.7 Chỉ A1 công nén đoạn nhiệt A2 công nén đẳng nhiệt γ −1 v 1− ÷ A1 v2 = = 1, v2 A2 ( γ − 1) Ln v1 Vậy nén đẳng nhiệt thuận lợi 4.8 Chỉ Z1 Z2 số va chạm trung bình phân tử lên đơn vị diện tích thành bình đơn vị thời gian lúc trước sau giãn Chỉ v v2 thể tích khí lúc trước sau giãn Z n2 v2 V1 = = Z1 n1 v1 V2 a) Z2 = = 0,7 Z1 c) b) T2 T1 Z2 = Z1 Z2 1 = = 0, 43 Z1 1.15 4.9 Xét biến đổi trạng thái phần không khí lại bình sau mở khóa C Phần không khí trước mở khóa C chiếm thể tích V bình áp suất p1 nhiệt độ T1 Khi mở khóa C phần không khí gián đoạn nhiệt chiếm toàn thể tích V bình Sau đóng khóa C nhiệt độ bình trở lại giá trị T ta tưởng tượng phần không khí biến đổi đẳng nhiệt từ trạng thái có áp suất p1 thể tích v1 đến trạng thái có áp suất p2 thể tích V Vận dụng công thức Poatxong Boi-Mariot ta có: 288 γ = n= 4.10 a) b) lg p1 − lg p2 ≈ 1, lg V2 − lg V1 A = 127 J Q=C c) d) lg H − lg p1 lg p2 − lg p1 C p − nCv p v − p1v1 M ∆T ; C = ; ∆T = 2 M µ n −1 R µ Q = 63,5 J ∆U = −63,5 J §5 NGUYÊN LÝ THỨ HAI NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CHU TRÌNH CACNO HIỆU SUẤT MÁY NHIỆT 5.1 a) 5.2.a) η = 26,8% η = 20% b) b) Q1 = 27, 4.104 J A = 1, 26.103 J T2 = T1 (1 − η ) = 273 K Q1 = o 5.3.a) c) Q2 = 20, 0.104 J b) P kcal = 65, η s Q2 = Q1 − P = 48 c) kcal s 5.4 a) Tọa độ giao điểm p = 7at A v1 = 2l 6.10 a) p = 2,8at B v2 = 5l Q = 1,55kJ A = 0,92kJ ∆U = 0, 63kJ Q = 1,88kJ A = 1, 25kJ ∆U = 0, 63kJ ∆S = 5, 45 b) J §7 KHÍ THỰC PHƯƠNG TRÌNH VANDEVAN TRẠNG THÁI TỚI HẠN 289 7.1 T1 = 2800o K T2 = 2891o K 7.2 a) tính theo đơn vị Nm kmol b) Tính theo đơn vị a = 1,36.105 7.3 a) m2 kmol Nm −2 m b = 3,16.10 kmol kmol Nm −2 m a = 2, 44.10 b = 2, 63.10 kmol kmol b) a = 3, 43.102 Nm −2 m b = 2, 34.10 kmol kmol a = 3, 64.105 Nm kmol c) d) b = 4, 26.10 −2 m3 kmol 7.4 Đối với khí lý tưởng p = 3, 09.106 a) N m2 p = 6,18.107 N m2 p = 2, 73.108 N m2 b) Đối với khí thực p = 2,87.106 a) 7.5 N m2 T2 p + p1 = = 1,85 T1 p + pn b) p1 = av v2 với v số kmol Nếu khí tuân theo phương trình Clapayrong- Medeleep T2 = T1 290 o 3kTk' = 2, 94.10−10 m = 2,9 A 16π pk σ= 7.6 o 7.7 a) σ = 2, 79.10−10 m ≈ 3.0 A o b) σ = 3.13.10−10 m ≈ 3,1 A Hai kết tính theo hai cách khác phù hợp với D= 7.8 M kg g = 2.102 = 0, 3b m cm 2,93.10−3 7.9 a) m3 kg p = pk = 73at = 7, 4.105 b) c) T = Tk = 304o K ; Tk = 31o C pk = 7, 4.105 d) N m2 N m2 31oC nhiệt độ tới hạn 50oC>31oC 50oC hóa lỏng chất khí cách nén 7.10 a) Gọi V thể tích ete nước ban đầu Vk thể tích ống thể tích tới hạn ete Coi khối lượng ete không đáng kể Ta phải tìm V Vk 291 Vk = 8µ pk V 8µ pk M RTk V = = = 0, 26 µ pk Vk 3RTk M 3RTk D b) Nếu V=V1 nung nóng tới nhiệt độ tới hạn thấy trạng thái tới hạn (hình 124) Nếu V=V2 chưa đun tới nhiệt độ tới hạn tất chất lỏng bốc hết Nếu V=V3 chư đun tới nhiệt độ tới hạn tất ống chứa chất lỏng 8.1 Tờ giấy thấm nước không khí giấy bị đuổi tờ giấy bị chìm xuống kim khâu nhỏ không bị dính ướt, lực căng mặt giữ cho mặt nước 8.2 Lực căng mặt nước cản trở việc tách bọt khỏi mặt nước 8.3 Nước làm ướt da tay giấy dọc theo đường ranh giới lớp nước giữ ngón tay giấy có lực căng mặt tác dụng 8.4 Dầu hỏa xăng bị hút theo thớ vải (hiện tượng mao dẫn) dầu bị hao hụt 8.5 Tấm kính không bị kéo phía đầu to, nước bị kéo phía đầu nhỏ 8.7 Có thể 8.8 Động hoạt động nước đầu ống bị bẻ cong, tác dụng trọng lượng tạo nên mặt cong lồi xuống phia (tương tự nước nhỏ giọt ống có đường kính to hơn) Nhưng trường hợp ống mao dẫn kích thước nhỏ nên trọng lượng nước ống không đủ lớn để thắng lực căng mặt lúc hướng ngược chiều với trọng lượng Do sau khí tao mặt nước cong lồi xuống phía (chứ mặt cong lõm vào ống) mặt nước tiếp tục phình thêm Vì tạo nên giọt nước để sau chúng rơi xuống làm quay chong chóng 8.9 Trọng lượng vòng F1 = 40, 0.10−3 N Lực căng mặt kéo vòng xuống 292 F2 = 23,5.10−3 N Vậy F = F1 + F2 = 63,5.10−3 N 8.10 8.11 a) b) 8.13 F2 = 37% E h= 2α ≈ 5, 7.10−2 m ρ g ( r1 − r2 ) p = 2απ r = 2, 78.10 −5 N p = po − 8.12 x= α = 759mmHg r 2α 2l F= ; 10 N d pg h = 5, 2cm 8.14 Áp suất kim tác dụng lên nước: p1 = ρπ dg Trong d đường kính kim Áp suất phụ gây mặt cong nước: p2 = 2α d Điều kiện để kim mặt nước p2 > p1 293 d≤ Từ đó: Thay số ta có: d ≤ 1, 6mm R= 8.15 r cosθ cosθ = Nhưng A = α S + pVLn 8.16 8.18 ∆h ρ gd 0, 740 4α R = 2mm Do 8.17 8α ρ gπ p 2 = 8π r 2α 1 + ÷ = 8, 2.10 −3 J po 3 R ∆E = 4π R − ÷α = 3,5.10 −3 J r A = α∆S ∆S độ biến thiên diện tích mặt N giọt dầu nhỏ hợp lại thành giọt dầu lớn ∆S Để tính cần tính N Muốn ta ý giọt nhỏ hợp lại thành giọt lớn khối lượng dầu nói chung giữ nguyên Từ tìm N= 3m 4π r D ∆S Ngoài tính ta nhận thấy N lớn nên nhỏ, bỏ qua Kết cuối là: A= R2 N 3mα = 6.10−2 J rD 294 §9 CHẤT RẮN KẾT TINH 9.1 Sự lien kết nguyên tử cacbon tạo nên mạng tinh thể kim cương theo hướng giống liên kết nguyên tử cacbon tạo nên mạng tinh thể than chì bền chặt nguyên tử nằm mặt mạng tinh thể nguyên tử nằm mặt mạng tinh thể song song với yếu nhiều Do tách than chì thành lớp mỏng 9.2 5, 5.10−3 m 9.3.-0,85m 9.4 9.5 1000o C P = 149 N 9.6 Chỉ l01 l02 chiều dài thép đồng 0oC L = l01 − l02 = 5cm l02 = 9.7 La1 = 11cm l01 = l02 + L = 16cm a2 − a1 F = ESat = 7,1.104 N 9.8.a) 390J/kg.độ b) 450 c) 930 9.9 Tăng them 66o dx = 9.10 9.11 a) λ1t1d + λ2t2 d1 = 31,5o C λ1d + λ2 d1 cal s b) 60g 295 9.12 Việc cảm thấy nóng hay lạnh tay tiếp xúc với vật tùy thuộc nhiệt lượng mà vật trao đổi với tay ta đơn vị thời gian Độ dẫn nhiệt kim loại lớn gỗ Vì nhiệt độ chúng thấp nhiệt lượng truyền từ tay ta sang vật Kim loại dễ dẫn nhiệt, nên đơn vị thời gian nhận tay ta nhiều nhiệt lượng gỗ ta cảm thấy kim loại lạnh Cũng giải thích tương tự trường hợp ngược lại Nếu kim loại gỗ có nhiệt độ người (37 oC) không xảy trao đổi nhiệt lượng ta cảm thấy chúng nóng 9.13 Ấm cũ có mồ hóng bám vào làm giảm nhiệt độ dẫn nhiệt nhôm Vì đun nước ấm chóng sôi §10 SỰ BIẾN ĐỔI PHA CỦA VẬT CHÂT 10.1 Khi nước thoát khỏi trạng thái chậm đông bắt đầu đông lại tương tác phân tử giảm chuyển thành động phân tử Do nhiệt độ nước tăng lên 10.2 Nước biển hay hồ lớn có nhiệt dung riêng lớn nên thu nhiều nhiệt lượng ánh nắng mặt trời làm cho không khí nóng dần, không nóng đột ngột Hơn nước bay cần thu nhiệt lượng nên làm cho không khí mát dịu Chiều tối nước biển hay hồ lớn lại truyền nhiệt xung quanh làm cho không khí không bị lạnh đột ngột nhiệt độ không xuống thấp 10.3 Nếu không khí chung quanh có nhiệt độ cao người mồ hôi Mồ hôi bay làm giảm nhiệt độ da tráng cho không bị bỏng Tay ngâm vào nước nóng không xảy bay mồ hôi nên da bị bỏng Ngược lại nhiệt độ nước không khí thấp người nước có độ dẫn nhiệt lớn không khí nên nước người bị nhiệt nhiều ∆p q ≈ ∆t RVo 10.5 Trong Vo' q = q1 + q2 - Là thể tích riêng 296 Tính Vo' theo phương trình trạng thái khí lý tưởng Thay số ta có Vậy ∆p = −0,38mmHg p − 1o C = 4, 2mmHg m3 V ≈ 1, kg ' o 10.6 10.7 Dùng phương trình Clapayron- Claudiut công thức tính độ biến thiên entropi, suy : ∆T = ∆p ( v2 − v1 ) v ∆S Trong V1- thể tích riêng nước đá V2- thể tích riêng nước µ v1 = ÷ ρ1 µ v2 = ÷ ρ2 q- nhiệt nóng chảy ∆S v - số kmol thay số ta có 10.8 10.9 - độ biến thiên entropi ∆T = 0,009o ∆S = 15,8.10−3 ∆V = 1, 03.10−3 m3 297 10.10 Vận dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng Tính M = 8, 2.10−2 kg 10.11.N=1019 phân tử 10.12 M = 22,5.10−3 kg C- CÁC ĐƠN VỊ CƠ VÀ NHIỆT THƯỜNG DÙNG ĐỂ LÀM BÀI TẬP VẬT LÝ PHÂN TỬ VÀ NHIỆT HỌC Tên ký hiệu đại lượng vật lý (1) Chiều dai l Khối lượng m Thời gian t Tần số v= t 298 Vận tốc dài v= l t Gia tốc dài a= ∆v ∆t Diện tích S=l2 Thể tích V=l3 Khối lượng riêng ρ= m V Lực học F=ma Trọng lượng P=mg Trọng lượng riêng γ= P V 299 Động lượng K=mv Xung lượng lực Df=Fdt Áp suất p= Fo S Công dA = Fdl cos α Năng lượng Ek = mv 2 E p = mhg 300 Công suất N= A t Nhiệt độ Nhiệt động lực: T 2.Thường dùng: t Nhiệt lượng Q Nhiệt biến đổi pha L= Q m Nhiệt dung hệ C= dQ dt Nhiệt dung riêng c= dQ C = mdt m 301 Các số quan trọng vật lý phân tử nhiệt học biểu thị theo đơn vị hệ SI có giá trị sau: Hằng số Bondoman: k = 1,38.1023 Hằng số chung khí: R = 8,31.103 Số phân tử kmol (số Avogadro) N o = 6, 02.1026 kmol −1 Thể tích kmol khí lý tưởng điều kiện chuẩn m3 Vo = 22, kmol 302 [...]... cơ bản của vật lý phân tử và nhiệt học Sau đây ta sẽ tìm hiểu ý nghĩa vật lý của khái niệm này Khi để hai vật tiếp xúc với nhau thì các phân tử của hai vật do chuyển động hỗn loạn, sẽ va chạm vào nhau và do đó có sự trao đổi năng lượng 19 Vật mà động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử trong vật lớn hơn thì sẽ bị mất bớt năng lượng Ta nói đó là vật nóng hơn Vật mà động năng trung... của phân tử trong vật nhỏ hơn thì sẽ nhận thêm năng lượng Ta nói đó là vật lạnh hơn Phần năng lượng của vật chuyển động hỗn loạn của các phần tử của vật nóng hơn được truyền cho các phân tử của vật lạnh hơn được gọi là nhiệt lượng Để đặc trưng cho độ nóng lạnh của vật, người ta đưa ra khái niệm nhiệt độ Thông thường ta vẫn hiểu rằng vật nóng hơn thì có nhiệt độ cao hơn, còn vật lạnh hơn thì vật có nhiệt. .. hiểu rằng đó là nhiệt độ có giá trị thấp hơn không độ tuyệt đối Vì ý nghĩa vật lý của nhiệt độ gắn liền với động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử nên cũng như đại lượng này, nhiệt độ có tính chất thống kê Không thể nói nhiệt độ của một phân tử hay của một số ít phân tử cũng như không thể nói phân tử “nóng” phân tử “lạnh” Ở những nơi trong vũ trụ có một số rất ít phân tử khí thì cũng... là 0oR, 80oR và 32oF, 212oF Trong vật lý để thuận tiện cho việc nghiên cứu và tính toán người ta thường dùng nhiệt giai Kenvin có đơn vị nhiệt độ ký hiệu là oK Mỗi thang độ trong nhiệt giai Kenvin bằng mỗi thang độ trong nhiệt giai Xendiut Nhiệt độ 0oK ứng với nhiệt độ -273oC, và nhiệt độ 273oK ứng với nhiệt độ 0oC Nếu chỉ T là nhiệt độ tính theo nhiệt giai Kenvin, t là nhiệt độ tính theo nhiệt giai... n∆Sl1 phân tử trong đó có n1 n∆Sl1 2 Thời gian để cho tất cả số phân tử này đập vào phân tử có vận tốc u1 đập vào ∆s phân tử có vận tốc u1 đầu tiên nằm ở sát ngay chính là thời gian kể từ lúc ∆s đập vào ∆s phân tử có vận tốc u1 cuối cùng nằm ở đáy hình trụ A đối diện với một đoạn l1 đến đập vào ∆s dl1 = nghĩa là trong thời gian đập vào ∆s ∆s cách ∆s Nói cách khác đó chính là thời gian để cho phân tử. .. trên về sự phân bố phân tử theo vận tốc ta không hề nói tới sự va chạm giữa các phân tử Nhưng thực ra chính nhờ có sự va chạm giữa các phân tử mới có thể thiết lập nên sự phân bố Macxuen của các phân tử Nếu giả sử như tất cả các phân tử chuyển động không va chạm nhau và giữ nguyên vận tốc đã có sẵn thì sự phân bố vận tốc 35 theo Macxuen sẽ không có Dựa vào sự tính toán về va chạm giữa các phân tử ta có... Vậy diện tích S không thay đổi theo nhiệt độ Vì lý do này mà điểm cực đại của đường cong phân bố sẽ thấp xuống khi nhiệt độ tăng Cần chú ý rằng sự phân bố vân tốc phân tử theo Macxuen là sự phân bố cân bằng Nếu vì một lý do nào đó khi không ở trạng thái cân bằng thì sự phân bố phân tử theo vận tốc sẽ lệch khỏi sự phân bố Macxuen, sự va chạm giữa các phân tử thì sự phân bố Macxuen lại được thiết lập... đập vào có tất cả n1 ∆Sl1 2 phân tử có vận tốc u1 đến 15 Để tính độ biến thiên động lượng của các phân tử này ta hãy tính độ biến thiên động lượng của một phân tử Theo quy luật va chạm đàn hồi, nếu ∆s vận tốc của phân tử trước khi va chạm vào là u1 thì sau khi va chạm vận tốc phân tử sẽ là –u1 Do đó độ biến thiên động lượng của mỗi phân tử khi va chạm là dKu1 = −2mu1 Trong đó m là khối lượng của phân. .. phân tử chất khí lên thành bình Cường độ va chạm này phụ thuộc vào vận tốc các phân tử tức là phụ thuộc vào nhiệt độ chất khí Nhiệt độ càng lớn các phân tử chuyển động càng nhanh do đó 27 chúng va chạm vào thành bình càng mạnh Ngược lại, nhiệt độ càng giảm thì cường độ va chạm càng yếu Trong trương hợp định luật Bôi-Mariot, nhiệt độ chất khí được giữ không đổi, do đó cường độ va chạm của các phân tử. .. định luật Bôi-Mariot, Saclo và Gay-Luytxac ở mọi điều kiện §6 SỰ PHÂN BỐ VẬN TỐC PHÂN TỬ THEO MACXUEN Trong công thức cơ bản của thuyết động học phân tử khí lý tưởng (1.1) ta đã đưa vào khái niệm động năng trung bình của các phân tử Động năng này lại được xác định bởi vận tốc căn trung bình bình phương Ý nghĩa vật lý của vận tốc này là nếu như vận tốc của tất cả các phân tử đều có cùng giá trị bằng