KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA VẬT CHẤT Ở THỂ KHÍ (Chương 1)

- Định luật 2 chỉ rõ quá trình nào có thể diễn ra hay không diễn ra, các điều kiện để một quá trình diễn ra ngược với chiều tự nhiên của nó, và mức giới hạn của năng lượng được dùng để c

Chương 1:

KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG

THÁI CỦA VẬT CHẤT Ở THỂ KHÍ

1.1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG.

Nhiệt động lực học kỹ thuật là một bộ phận của vật lý học, là một trong những môn học cơ sở nhằm nghiên cứu và thiết kế các máy nhiệt nói riêng và hệ thống nhiệt động nói chung

Mục tiêu là nghiên cứu những quy luật về biến đổi năng lượng (là nhiệt năng và

cơ năng) và biện pháp nâng cao hiệu quả của sự biến đổi đó

Cơ sở của nhiệt động lực học là định luật nhiệt động thứ nhất và nhiệt động lực thứ hai

- Định luật 1 đề cập đến vấn đề bảo toàn năng lượng (chủ yếu là nhiệt và công)

và khảo sát sự biến đổi năng lượng tổng của chất môi giới trước và sau mỗi quá trình

- Định luật 2 chỉ rõ quá trình nào có thể diễn ra hay không diễn ra, các điều kiện để một quá trình diễn ra ngược với chiều tự nhiên của nó, và mức giới hạn của năng lượng được dùng để chuyển đổi ra công trong các động cơ nhiệt

Đối tượng nghiên cứu trong phạm vi nhiệt động lực học gọi là hệ thống nhiệt động Bên trong hệ thống có chất môi giới và trạng thái của chất môi giới thay đổi khi

hệ thống hoạt động Chính sự thay đổi trạng thái của chất môi giới làm xuất hiện sự trao đổi công và nhiệt lượng giữa chất môi giới và môi trường

Trong bất kỳ hệ thống nào thì nhiệt lượng cũng được vận chuyển từ một nguồn nhiệt này đến nguồn nhiệt khácqua trung gian của chất môi giới Theo hướng chuyển động của nhiệt lượng thì máy nhiệt chia thành hai lọai:

- Máy nhiệt làm việc theo chu trình thuận chiều gọi chung là động cơ nhiệt

- Máy nhiệt làm việc theo chu trình ngược chiều gọi chung là bơm nhiệt hay máy làm lạnh

Trong thực tế chất môi giới bên trong các hệ thống nhiệt động biến đổi trạng thái liên tục và tạo nên những quá trình có tính chất khép kín và những quá trình có tính chất khép kín đó là chu trình Nhiệt động lực học cần cho các lĩnh vực:

- Bơm và máy nén

- Hệ thống điều hòa không khí, máy lạnh, bơm nhiệt, thông gió

- Công nghệ tách khí và hóa lỏng

- Các lọai động cơ turbine, động cơ đốt trong, động cơ phản lực

- Các thiết bị sử dụng hơi nước

1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA

1.2.1 Hệ thống nhiệt động

Hệ nhiệt động là một vật hoặc nhiều vật được tách riêng ra khỏi các vật khác để nghiên cứu những tính chất nhiệt động của chúng Tất cả những gì không nằm trong hệ thống và không thuộc phạm vi khảo sát gọi là môi trường Giữa môi trường và chất môi giới tồn tại bề mặt ranh giới Chất môi giới hoạt động bên trong hệ thống và trong quá trình làm việc chất môi giới sẽ biến đổi trạng thái để vận chuyển nhiệt lượng từ

nguồn nhiệt này đến nguồn nhiệt khác Hệ thống hoạt động phải có đầy đủ ba yếu tố: chất môi giới, nguồn nóng và nguồn lạnh

Hệ thống nhiệt động được phân ra nhiều loại:

- Hệ kín là hệ có:

+ Trọng tâm của hệ không chuyển động (không có chuyển động vĩ mô), hoặc có chuyển động nhưng với vận tốc nhỏ mà ta hoàn toàn có thể bỏ qua động năng của nó

+ Khối lượng của hệ không đổi

+ Môi chất bên trong hệ không đi qua bề mặt ranh giới giữa hệ với môi trường

Ví dụ: Môi chất chứa trong bình kín, hơi nước trong các chu trình động lực hơi nước của nhà máy nhiệt điện, …

- Hệ hở là hệ có:

+ Trọng tâm của hệ có chuyển động (chuyển động vĩ mô)

+ Khối lượng của hệ thay đổi

+ Môi chất bên trong hệ đi qua bề mặt ranh giới giữa hệ với môi trường

Ví dụ: Các động cơ nhiệt có trao đổi nhiệt với môi trường qua đường khí thải, qua xylanh máy và có trao đổi công qua pittông

- Hệ đoạn nhiệt là hệ không trao đổi nhiệt với môi trường

- Hệ cô lập là hệ không có sự trao đổi năng lượng hay không có trao đổi nhiệt

và công với môi trường

1.2.2 Động cơ nhiệt, bơm nhiệt và máy lạnh

1.2.2.1 Động cơ nhiệt:

Là loại máy nhận nhiệt dùng để sinh công Các máy này làm việc theo nguyên lý: Môi chất nhận nhiệt từ nguồn nóng giãn nở để biến một phần nhiệt này thành công sau đó nhả phần nhiệt còn lại cho nguồn lạnh

Ví dụ: Động cơ đốt trong, động cơ phản lực, má hơi nước v.v

1.2.2.2 Bơm nhiệt và máy lạnh:

Về nguyên lý thì bơm nhiệt và máy làm lạnh giống nhau Các máy này nhận công từ bên ngoài để chuyển nhiệt lượng từ môi trường có nhiệt độ thấp hơn đến môi trường có nhiệt độ cao hơn

Về phạm vi họat động thì khác nhau:

- Máy lạnh: nhiệt lượng được chuyển từ nơi có nhiệt độ thấp hơn môi trường xung quanh đến môi trường xung quanh hay máy lạnh dùng làm lạnh các vật

- Bơm nhiệt: nhiệt lượng được chuyển từ môi trường xung quanh đến nơi có nhiệt độ cao hơn môi trường xung quanh hay bơm nhiệt để sưởi ấm, sấy các vật

1.2.3 Nguồn nhiệt:

Là nơi cung cấp hoặc nhận nhiệt của chất môi giới trong chu trình Trong một chu trình phải có ít nhất 2 nguồn nhiệt, nguồn nóng có nhiệt độ T1, nguồn lạnh có nhiệt

độ T2 (T1 > T2) Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, trong một số trường hợp người ta quy ước nhiệt độ của nguồn không thay đổi trong suốt quá trình trao đổi nhiệt với chất môi giới

1.2.4 Chất môi giới

Là chất trung gian dùng để thực hiện quá trình biến đổi giữa nhiệt và công trong

hệ thống nhiệt động Chất môi giới có thể ở trạng thái rắn, lỏng, khí Trong các máy nhiệt thường gặp ở dạng khí, vì thể khí có khả năng thay đổi thể tích rất lớn do đó có khả năng sinh công lớn Mọi chất khí trong tự nhiên đều là khí thực, là tập hợp vô số các phân tử và nguyên tử, các phân tử và nguyên tử này có thể tích nào đó và có lực tương tác nhất định Để đơn giản cho việc nghiên cứu ngừơi ta đưa ra khái niệm khí lý tuởng là khí mà các phân tử và nguyên tử không có lực tương tác và không có thể tích bản thân Có thể xem các khí hyđro, oxy, nitơ, không khí … là khí lý tưởng

1.2.5 Công và nhiệt lượng

Khi các vật tác dụng lẫn nhau, chúng trao đổi cho nhau một năng lượng nào đó

Sự truyền năng lượng thực hiện bằng hai cách:

1 Thực hiện một công của vật này đối với vật kia:

Lúc đó năng lượng của một vật tăng lên một lượng bằng lượng của vật kia mất

đi Công trong nhiệt động kỹ thuật ký hiệu là L và quy ước công do vật sinh ra là dương và ngược lại công do vật nhận được là âm

2 Năng lượng truyền từ vật nóng sang vật lạnh khi chúng tiếp xúc với nhau:

Năng lượng trao đổi dưới dạng này gọi là nhiệt lượng Nhiệt lượng trong nhiệt động kỹ thuật ký hiệu là Q và quy ước nhiệt lượng do vật nhận là dương và vật thải ra

là âm Đơn vị để đo công và nhiệt lượng là Juole hay kiloJuole (ký hiệu là J, hay kJ), ngoài ra nhiệt lượng còn được đo bằng đơn vị là calo, kilocalo (ký hiệu là Cal, kCal), hiện nay theo đơn vị quốc tế dùng Juole, giữa Juole và Calo có quan hệ như sau:

1 Calo = 4,1868 J

1.2.6 Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch.

Quá trình thuận nghịch là quá trình cân bằng và biến đổi trạng thái từ 1 sang 2

và ngược lại từ 2 sang 1 theo đúng trạng thái trung gian của chất môi giới ở giữa các điểm 1 và 2 mà không làm thay đổi trạng thái của hệ thống và môi trường bên ngoài hay không gây tổn thất năng lượng (Nghĩa là: không bị ma sát, không có sức cản trong quá trình chuyển động) Đây là quá trình lý tưởng không tồn tại trong thực tế, ta

có thể coi các chuyển động cơ học thuần nhất không ma sát, chuyển động của thể lỏng không ma sát, truyền nhiệt khi không có độ chênh lệch nhiêt độ đều là quá trình thuận nghịch

Ngược lại những quá trình không thỏa mãn điều kiện trên gọi là quá trình không thuận nghịch Nghĩa là quá trình không thể quay về trạng thái ban đầu, nếu muốn trở về thì phải cung cấp năng lượng (vì quá trình chuyển động do ma sát, do sức cản của không khí, năng lượng tổn thất ra môi trường xung quanh)

Nói cách khác hệ thống và môi trường không duy trì được trạng thái ban đầu sau khi quá trình diễn ra

Tóm lại tất cả các quá trình diễn ra trong thực tế đều là quá trình không thuận nghịch

Ví dụ: Quá trình trao đổi nhiệt giữa vật nóng và vật lạnh có độ chênh lệch nhiệt độ

ΔT = TT = T1 – T2 lúc này dòng nhiệt chuyển từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp hơn

Nếu muốn quá trình diễn ra ngược lại nghĩa là dòng nhiệt di chuyển từ vật có nhiệt độ thấp sang vật có nhiệt độ cao phải sử dụng thiết bị và phải tốn công, nghĩa là phải cung cấp công từ bên ngoài vì vậy môi trường xung quanh đã biến đổi Vì vậy đây là quá trình không thuận nghịch

Nếu ΔT = TT = 0 thì quá trình trao đổi nhiệt có thể diễn ra theo bất kì chiều nào và không làm biến đổi môi trường => đây là quá trình thuận nghịch ( không hề xảy ra trong thực tế)

1.3 THÔNG SỐ TRẠNG THÁI

Môi chất tồn tại một trong ba trạng thái: rắn, lỏng, khí Ở điều kiện khác nhau thì môi chất sẽ tồn tại ở trạng thái khác nhau Ở điều kiên không đổi môi chất tồn tại ở cùng một trạng thái

Trạng thái của môi chất được xác định thông qua các điều kiện vật lý mà nó tồn tại, các điều kiện vật lý đó là các thông số trạng thái Thông số trạng thái là đại lượng vật lý có giá trị xác định ở một trang thái xác định nào đó Thông số trạng thái là hàm chỉ phụ thuộc vào trạng thái mà không phụ thuộc vào quá trình Để xác định một trạng thái nào đó phải dùng ít nhất hai thông số trạng thái độc lập nhau

Các thông số trạng thái: nhiệt độ, áp suất, thể tích riêng là các thông số trạng thái cơ bản vì chúng có thể đo trực tiếp Các thông số trạng thái còn lại là hàm trạng thái vì phải thông qua thông số cơ bản mới đo được

1.3.1 Nhiệt độ (Temprature).

Nhiệt độ là đại lượng vật lý, nó biểu thị mức độ nóng, lạnh của một vật, là yếu

tố quyết định hướng chuyể động của dòng nhiệt

Nhiệt độ trong nhiệt động kỹ thuật là nhiệt độ tuyệt đối, ký hiệu là T, đơn vị là

°K (nhiệt độ Kelvin) Dụng cụ để đo nhiệt độ gọi là nhiệt kế Để đo nhiệt độ người ta dựa vào các tính chất vật lý của vật thay đổi theo nhiệt độ

Trong nhiệt động kỹ thuật thường dùng hai thang đo nhiệt độ là nhiệt độ bách phân và nhiệt độ tuyệt đối

- Nhiệt độ bách phân là thang nhiệt độ Celcius, kí hiệu t, đơn vị °C xây dựng trên cơ sở lấy điểm nước đá tan ở 0°C và nước sôi ở 100°C ở điều kiện áp suất tiêu chuẩn 760 mmHg

- Nhiệt độ tuyệt đối Kelvin, kí hiệu T, đơn vị °K, được tính bằng số nhiệt độ bách phân cộng thêm 273,15 nghĩa là:

Ngoài ra trong hệ thống nhiệt độ ở Mỹ, Anh và một số nước khác còn dùng thang nhiệt độ Fahrenheit, ký hiệu là °F; nhiệt độ Rankine ký hiệu là °R

Quan hệ giữa nhiệt độ C, nhiệt độ F và nhiệt độ R như sau:

) 32 F

° ( 9

5

= C

32 + C

° 5

9

= F

460 R

°

= F

1.3.2 Áp suất (Pressure)

Áp suất là lực tác dụng của các phần tử chất khí theo phương pháp tuyến lên một đơn vị diện tích thành bình chứa chất khí đó, áp suất được ký hiệu là p

Ta có:

S

F

=

Trong đó:

- F: là tổng lực tác dụng của các phân tử khí trong bình chứa [N]

- S: diện tích thành bình chứa chất khí [m2]

Đơn vị của áp suất là N/m2, pascal (Pa), vì N/m2 rất nhỏ nên trong thực tế người

ta thường dùng bội số của N/m2 và gọi là bar, 1 bar = 105 N/m2, N/m2 còn gọi là pascal (Pa) Trước đây người ta dùng đơn vị áp suất là kg/ cm2 hoặc còn gọi là atmosphere

kỹ thuật (at) hoặc dùng mm cột thuỷ ngân (mmHg) hoặc mm cột nước (mmH2O) quan

hệ của các thông số được biểu thị như sau:

1 at = 1 kg/ cm2 = 0,981 bar = 0,981105 N/m2

1 mmH2O = 0,1 at = 0,098 bar

1 mmHg =133,322 N/ m2

1 kPa = 103 Pa; 1 MPa = 106 Pa Ngoài ra ở Mỹ, Anh người ta còn dùng một số đợn vị khác như PSI (Pound per Square Inch, Lb/ in2), công thức chuyển đổi như sau:

1 kg/ cm2 = 14,2 PSI

1 PSI = 0,07at Áp suất thật của chất khí là áp suất tuyệt đối, kí hiệu là p và là thông số trạng thái Áp suất tuyệt đối của khí quyển kí hiệu p0, phần áp suất của chất khí lớn hơn áp suất khí quyển là áp suất dư kí hiệu pd , phần áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển gọi là

độ chân không kí hiệu pck

Dụng cụ để đo áp suất gọi là áp kế, trong thực tế áp kế có ba loại:

- Áp kế dùng để đo áp suất khí quyển gọi là Barometer

- Áp kế dùng để đo áp suất dư được gọi là Manometer

- Áp kế dùng để đo chân không gọi là Vacuumeter hay chân không kế

1.3.3 Thể tích riêng(specific Volume) và khối lượng riêng (specific Mass)

Thể tích riêng là thể tích của một đơn vị khối lượng, ký hiệu là v, xác định bằng biểu thức:

G

V

=

Trong đó: V: thể tích của vật (m3)

G: khối lượng của vật (kg) Đại lượng nghịch đảo của thể tích riêng là khối lượng riêng, ký hiệu là 

3 / , 1

m kg V

G



1.3.4 Nội năng:

- Ký hiệu là: U (J) khi khối lượng chất môi giới là G kg

hay u (J/kg) khi khối lượng chất môi giới là 1 kg

- Nội năng là toàn bộ các dạng năng lượng bên trong của vật

- Nội năng gồm: nội nhiệt năng (liên quan đến chuyển động hỗn loạn của các phân tử, nguyên tử) và các dạng năng lượng khác (hoá năng, năng lượng nguyên tử, ) Trong nhiệt động khi không xảy ra các phản ứng hoá học, phản ứng hạt nhân… các dạng năng lượng khác này sẽ không thay đổi hay sự biến đổi của chúng sẽ bằng không, nên ở đây ta chỉ xét đến thành phần nội nhiệt năng Và khi nói đến nội năng có nghĩa

là nội nhiệt năng

Nội năng gồm:

- Nội động năng là do chuyển động của các phân tử và nguyên tử gây ra nên nó chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và tăng lên khi nhiệt độ tăng

- Nội thế năng là năng lực tác động tương hỗ giữa các phân tử tạo ra nên nó phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử hay thể tích riêng Khi thể tích riêng của khối khí thay đổi, khoảng cách giữa các thay đổi, do đó nội thế năng cũng thay đổi

Như vậy nội năng của chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích riêng của chất khí, nghĩa là phụ thuộc vào hai thông số độc lập Nội năng là một thông số trạng thái nên sự biến thiên của nó không phụ thuộc vào đặc tính của quá trình, chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối

Vậy nội năng là hàm của nhiệt độ và thể tích

Ta có: u = f (T,v)

Đối với khí lý tưởng không có lực tương tác giữa các phân tử nên nội thế năng bằng 0, vì vậy nội năng của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ hay nội năng là hàm của nhiệt độ : u = f (T)

Trong nhiệt động học không yêu cầu xác định giá trị tuyệt đối của nội năng mà chỉ cần tính độ biến thiên nội năng u nên có thể chọn điểm gốc tùy ý mà tại đó nội năng có giá trị bằng 0

1 kJ = 0,2392 kCal; hay 1 kCal = 4,18 kJ

1.3.5 Entanpi (i)

Ký hiệu: I [J] khi khối lượng chất môi giới là G kg

hay i [J/kg] hay h [J/kg] khi khối lượng chất môi giới là 1 kg

Trong nhiệt động, entanpi được định nghĩa bằng biểu thức:

I = U + pV Hay i = u + p (1.10)

Đối với khí lý tưởng, u và pv chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ cho nên i cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, vì vậy entanpi (i) là hàm số nhiệt độ i = f (T)

Đối với khí thực entanpi là hàm phụ thuộc vào hai trong ba thông số trạng thái

cơ bản p, v, t

Entanpy không trực tiếp đo được mà phải tính toán Trong nhiệt động kỹ thuật

ta chỉ cần biết lượng biến đổi entanpi ∆i, vì vậy có thể chọn một điểm tùy ý nào đó để làm gốc mà tạo đó giá trị entanpi bằng 0

1.3.6 Entropi (s)

Ký hiệu là S (J/kg.oK) khi khối lượng chất môi giới là G kg

hay s (kJ/kg.oK) khi khối lượng chất môi giới là 1 kg

Entropy không đo trực tiếp mà phải tính toán Trong nhiệt động entropy định nghĩa như sau:

Độ biến đổi của entropy không phụ thuộc vào đặc tính của quá trình thay đổi trạng thái của chất khí mà chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của quá trình

1.4 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA VẬT CHẤT Ở THỂ KHÍ

1.4.1 Phương trình trạng thái của khí lý tưởng:

Khí lý tưởng là khí khi lực tương tác giữa các phân tử bằng không và thể tích bản thân các phân tử bằng không

Phương trình trạng thái của khí lý tưởng đầu tiên được rút ra từ tổng kết các kết quả thực nghiệm, sau đó được chứng minh bằng lý luận nhờ vào thuyết động học phân tử

Vào khoảng năm 1662 R.Boyle và năm 1676 E.Mariotle từ thực nghiệm đã phát hiện ra mối liên hệ giữa thể tích riêng và áp suất tuyệt đối của khí lý tưởng ở điều kiện nhiệt độ không đổi, gọi là định luật Boyle được biểu thị bằng phương trình sau:

pv = const khi T = const Năm 1802 J.L Gay- Lussac cũng phát hiện ra mối liên hệ giữa thể tích riêng v

và nhiệt độ tuyệt đối T được biểu thị bằng phương trình sau:

const

= T

v

khi p = const Sau đó theo lý thuyết động học phân tử, người ta rút ra được phương trình trạng thái khí lý tưởng

- Phương trình trạng thái khí lý tưởng cho 1 kg chất khí:

và (1.12) được gọi là phương trình Clapeyron

- Phương trình trạng thái khí lý tưởng cho G kg

Trong đó: R là hằng số của chất khí lý tưởng, R = 8314/  (J/kg.độ)

V là thể tích của chất khí ( m3) p: áp suất tuyệt đối (N/m2) T: nhiệt độ tuyệt đối (0K) v: thể tích riêng (m3/kg)

- Ngoài ra người ta còn viết phương trình trạng thái cho một kmol chất khí như sau:

Từ (1.12), nhân 2 vế với  ta có:

Trong đó: - v = V. : thể tích của 1 kmol chất khí (m3/ kmol)

- R = R : là hằng số của một kmol chất khí (J/ kmol.0K )

-  : là phân tử lượng của hỗn hợp khí

Vậy ta có phương trình trạng thái cho một kmol chất khí như sau:

Từ pt (1.15) ta có thể tính R như sau:

T

pV

 

Theo định luật Avôgađrô ở điều kiện tiêu chuẩn (p = 760 mmHg, t = 0 0C) thể tích của 1 kmol khí lý tưởng V = 22,4 m3

x x

5

/ 8314 15

, 273

4 , 22 10 750

760







Như vậy hằng số chất khí R được xác định: R 8314J/kg0K



Đối với M kmol bất kỳ, ta có: pV M = M R T

Hay pV = M R T (vì V M = V) (1.17)

1.4.2 Phương trình trạng thái của khí thực

Các chất khí trong thực tế là khí thực Khí thực không thể bỏ qua tương tác giữa các phân tử và thể tích bản thân của chúng Vì vậy đối với khí thực không thể áp dụng phương trình trạng thái của khí lý tưởng Phương trình trạng thái khí thực đều được rút

ra từ thực nghiệm, cho tới nay đã có hơn 200 phương trình trạng thái của khí thực được công bố nhưng cũng chỉ là phương trình gần đúng và phạm vi ứng dụng cũng giới hạn

Năm 1871 Vander Walls đưa ra một phương trình trạng thái của khí thực dựa trên phương trình trạng thái của khí lý tưởng

RT b v v

a

p )(  ) 

(1.18)

Trong đó: b: là đại lượng hiệu chỉnh có kể đế́n thể tích bản thân của các phân

tử, là thể tích của các phân tử trong 1 kg chất khí

2 v

a

- là hệ số hiệu chỉnh có kể đến lực tương tác giữa các phân tử Nếu chất khí có áp suất thấp và nhiệt độ cao thì thể tích riêng v rất lớn nên trị

số 2

v

a

rất nhỏ và giá trị (v-b) cũng tiến tới v Như vậy phương trình trên tiến tới phương trình trạng thái khí lý tưởng

1.5 HỖN HỢP KHÍ LÝ TƯỞNG

1.5.1 Tính chất:

Trong thực tế người ta thường gặp chất môi giới là hỗn hợp của một vài chất khí Ví dụ không khí là hỗn hợp của O2, N2, CO2, H2 , hơi nước

Hỗn hợp khí là hỗn hợp cơ học của các chất khí thành phần khi không xảy ra phản ứng hóa học

Hỗn hợp khí tạo nên từ các chất khí được gọi là khí lý tưởng thì được xem là khí lý tưởng đồng nhất Các chất khí thành phần phân bố đều trên toàn bộ thể tích của hỗn hợp khí, đều có nhiệt độ như nhau

- Áp suất của khí thành phần tuân theo định luật Dalton:

“Trong điều kiện không có phản ứng hoá học, áp suất hỗn hợp khí lý tưởng bằng tổng các áp suất riêng phần (còn gọi là phân áp suất) của các chất khí thành phần”















n i i

p p

p p

1 2

Trong đó: p: Áp suất của hỗn hợp khí

pi: Áp suất của khí thành phần hay phân áp suất

- Định luật Amagat (như là Hệ quả định luật Dalton): Thể tích của hỗn hợp bằng tổng các thể tích riêng phần của các thành phần















n i i

V V

V V

1 2

1 , Thể tích riêng phần Vi là thể tích choán chỗ của thành phần thứ i khi thành phần

đó ở điều kiện áp suất và nhiệt độ của hỗn hợp

Ta có: pVi = Gi Ri T

- Nhiệt độ của khí thành phần Ti = nhiệt độ của hỗn hợp T: Ti = T

Gọi: V, T: là thể tích và nhiệt độ của hỗn hợp khí

pi: áp suất riêng phần của chất khí thành phần thứ i trong hỗn hợp

Gi : khối lượng của chất khí thành phần thứ i trong hỗn hợp

Ri: là hằng số của chất khí thành phần thứ i trong hỗn hợp

Ta có phương trình trạng thái đối với khí thành phần trong hỗn hợp:

1.5.2 Thành phần của hỗn hợp:

1 Thành phần khối lượng (g i ): Là tỷ số giữa khối lượng của chất khí thành

phần với khối lượng của hỗn hợp khí

gi =

G

Gi

(1.21)

Trong đó: gi: Thành phần khối lượng

Gi: Khối lượng của chất khí thành phần ( kg) G: Khối lượng của hỗn hợp khí (kg)













n

G G

G G

1 2

1

1









n i i i

n i i

i

G

G g

(1.22)























n i i n

n

G

G G

G G

G G

G

1 2

1 2

2 Thành phần thể tích (r i ):

Là tỷ số giữa thể tích riêng phần (còn gọi là phân thể tích) của chất khí thành phần so với thể tích của hỗn hợp

V

V

Trong đó: Vi: là thể tích riêng phần

ri : thành phần thể tích của hỗn hợp khí

V: Thể tích của hỗn hợp khí

1 1

1













V V V V

V

i i n

i i n

i

3 Thành phần mol: Là tỷ số giữa số mol (Mi) của chất khí thành phần với tổng số mol của hỗn hợp khí(M)

M

M

Ta có: Mi: là số mol của khí thành phần

M: là tổng số mol của hỗn hợp khí Theo định luật Avogadro: ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, thể tích một kmol của tất cả các khí lý tưởng đều bằng nhau nghĩa là: Vμi = Vμ

V

Vi

=

μ

i μ i MV

V M

= M

Mi

=> Như vậy thành phần thể tích bằng thành phần mol: r i = m i

1.5.3 Xác định các đại lượng của hỗn hợp: