1. Trang chủ
  2. » Địa lý

Bài giảng Vật lý 1: Chương 4 - Lê Quang Nguyên

7 12 0

Đang tải... (xem toàn văn)

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 7
Dung lượng 261,35 KB

Nội dung

[r]

(1)

Khí lý tưởng Lê Quang Nguyên

www4.hcmut.edu.vn/~leqnguyen nguyenquangle@zenbe.com

Nội dung

1 Phương trình trạng thái khí lý tưởng

2 Cơng thực khí lý

tưởng

3 Thuyết động học phân tử

4 Nội khí lý tưởng Nhiệt dung khí lý tưởng

Khi nút chai sâm banh bật ra, sương hình thành quanh

đó Hãy giải thích sao?

1a Số Avogadro

• Số nguyên tử (phân tử) mol vật chất sốAvogadro:

• Sốmol chất có thểxác định từ:

23

6,02 10

A

N = ×

A

N n

N

= N: sốnguyên tử(phân tử)

s s

A

M M

n

M mN

= = M: khối lượng mole

Ms: khối lượng chất

m: khối lượng nguyên tử(phân tử) sốnguyên tử

trong 12 g C12

Câu hỏi 1

Trộn g khí O2 với 22 g khí CO2 Khối lượng mol hỗn hợp là:

(2)

Trả lời câu 1

• Khối lượng mol hỗn hợp (có NA phân tử

hai loại):

• Tỷ lệ thành phần loại khí mol hỗn hợp giống tỷ lệ hỗn hợp ban

đầu

• 8g O2 tương ứng với 8/32 mol = NA/4 phân tử

2 2

O O CO CO

M =m N +m N

2

2

O CO

O CO

A A

N N

M M M

N N

= +

Trả lời câu (tt)

• 22g CO2 tương ứng với 22/44 mol = NA/2 phân tử • Vậy tỷ lệthành phần loại là:

– O2: 0,25NA/(0,25NA+0,5NA) = 1/3 – CO2: 0,5NA/(0,25NA+0,5NA) = 2/3

• Suy ra:

• Trảlời: B

1

32( ) 44( ) 40( )

3

M = g × + g × = g

1b Phương trình trạng thái khí lý tưởng

• Khí lý tưởng chất khí hay hỗn hợp khí tuân

theo phương trình trạng thái sau:

• k hằng sốBoltzmann: • Dạng khác:

• R hằng sốkhí:

PV = NkT

PV =nRT

23

1,38 10

k = × − J K

( )

8,31

A

R=kN = J mol K

Câu hỏi 2

Một khối khí lý tưởng chứa bình kín

nhiệt ñộ 300 K áp suất 40 atm Cho nửa lượng khí khỏi bình áp suất cịn 19 atm Nhiệt độcủa khối khí lúc là:

(3)

Trả lời câu 2

• Đây q trình đẳng tích (V = const) Pt trạng thái cho ta:

• Trảlời: D

( )2 f i

i f

n RT

nRT V

P P

= =

2 f

f i

i

P

T T

P

⇒ =

19

600 285 12

40

f

atm

T K K C

atm

= = = °

Đường ñẳng nhiệt

f i

2 Cơng thực hiện bởi một khí lý tưởng – 1

• Cơng chất khí thực thểtích thay đổi:

• Nếu q trình đẳng tích (V = const):

• Nếu q trình ñẳng áp (P = const): f

i V

V

W = −∫ PdV Dãn nở: W < 0 Nén: W > 0

0

W =

( f i)

W = − ∆ = −P V P VV

2 Công thực hiện bởi một khí lý tưởng – 2

• Khí lý tưởng, q trình đẳng nhiệt (T = const): f

i V

V

nRT

W dV

V

= −∫ ln f

i

V

W nRT

V

⇒ = −

W = − Diện tích giới hạn đường P(V) Cơng thực phụthuộc vào q trình

Câu hỏi 3

Hai mol khí lý tưởng lưỡng nguyên tử dãn nở đẳng nhiệt từ thể tích 2m3 đến 4m3 ở nhiệt độ 27

°C Cơng mà khối khí nhận q trình là:

(4)

Trả lời câu 3

• Cơng khí thực q trình đẳng nhiệt:

• Cơng âm khí thực

cơng • Trảlời: B

ln f

i

V

W nRT

V

= −

( )

4 8,314 300 ln

2 3458

W

J

= − × × ×

= −

i

f

Câu hỏi 4

Một mol khí lý tưởng lưỡng nguyên tử thực q trình đẳng nhiệt nhiệt độ T Sau q

trình áp suất giảm đi e lần Nhiệt lượng mà khối khí nhận q trình bằng:

A 3RT/2 B RT C 5RT/2 D

Trả lời câu 4

• Trong q trình đẳng nhiệt nội khí lý tưởng khơng thay đổi,

• nhiệt cung cấp chuyển hóa hồn tồn thành cơng:

Q=∫PdV

2

dP

dV nRT

P

= −

ln i f

P dP

Q nRT nRT

P P

= − ∫ = Q=nRTlne=nRT

i

f

Trảlời: B

3a Mơ hình khí lý tưởng

• Các phân tử chuyển động hồn tồn hỗn loạn (chuyển động Brown)

• Coi phân tử chất ñiểm:

– chuyển ñộng tịnh tiến, khơng quay, khơng dao động

• Chỉ tương tác với va chạm:

– bỏ qua tương tác hấp dẫn ñiện từgiữa chúng

(5)

3b Phương trình căn bản

• PT thuyết ñộng học phân tử:

• So sánh với phương trình trạng thái ta suy ra:

• Vận tốc qn phương định nghĩa là:

2

2

3

pV = N mv = N K

 

Động trung bình phân tửkhí

3

K = kT

3kT

v

m

⇒ =

2

c

v = v

3c Phân bốMaxwell – 1

• Minh họa

• Tỷ lệ phân tử khí có vận tốc khoảng dv quanh giá trịv cho bởi:

• Với f(v) hàm phân bốMaxwell:

• dN/N cũng xác suất để tìm thấy phân tửkhí có vận tốc khoảng dv quanh v.

( )

dN

f v dv N =

( )

3

2

4

mv kT

m

f v v e

kT

π

π −

 

=  

 

3c Phân bốMaxwell – 2

f(v) f(v)

vc

vxs

• Từ phân bốMaxwell

tìm vận tốc trung bình

• vận tốc có xác suất lớn

• vận tốc quân phương

1,60

kT kT

v

m m

π

= =

2

1, 41

xs

kT kT

v

m m

= =

3

1, 73

c

kT kT

v

m m

= =

xs c

v < <v v

3c Phân bốMaxwell – 3

Các ñường f(v) cho N = 105

phân tử nitơ vc

(6)

Câu hỏi 5

Một khối khí dãn nở đẳng áp thể tích tăng lên gấp lần Nếu vận tốc trung bình phân tử khí lúc đầu v lúc sau sẽlà:

A v B 3v C 2v D v/2

Trả lời câu 5

• Q trình dãn nở đẳng áp:

• Vận tốc trung bình:

• Vậy:

f i

i f

nkT nkT

P

V V

= =

4

f f

i i

T V

T V

⇒ = =

8

v = kT πm

2

f f

i i

v T

v = T = Trả lời: C

Đường ñẳng nhiệt

f

4a Số bậc tự do – 1

• Số bậc tự do i số tọa ñộ ñộc lập cần dùng để mơ tả chuyển động phân tửkhí

6

3 CH4

5

3 O2

3

3 He

i iquay itịnh tiến

Phân tử

4a Sốbậc tự do – 2

• Ngồi ra, nhiệt độ cao ngun tử phân tử cịn dao động

• Khi đó, trường hợp O2 ta phải thêm bậc tự dao ñộng

3

i = + + =

tịnh tiến quay

(7)

4b. Định luật phân đều năng lượng

• Thuyết động học phân tử lượng trung bình phân tửkhí lý tưởng theo bậc tự

do tịnh tiến kT/2.

• Mở rộng cho bậc tự quay dao động ta có:

kT

Dao ñộng

kT/2

Quay

kT/2

Tịnh tiến

Năng lượng trung bình Bậc tựdo

Động = ñàn hồi = kT/2

4c Nội năng của khí lý tưởng

• Năng lượng phân tử khí tổng lượng trung bình theo bậc tựdo nó:

• Suy nội khí lý tưởng:

2

tt q dd

kT kT

u=i +i +i kT

( )

2

tt q dd

kT u= i + +i i

( )

2

tt q dd

NkT U = i + +i i

Câu hỏi 6

Trong bình kín có 20 g khí N2 32 g khí O2 Tìm độ biến thiên nội hỗn hợp khí nhiệt ñộcủa hỗn hợp khí giảm ñi 28 °C:

A 997,2 J B 997,2 cal C 99,72 J D 99,72 cal

Trả lời câu 6

• Bỏ qua dao động, nội hỗn hợp khí là:

• Trảlời: A

( O2 CO2)

5

U = n +n RT

( O2 CO2)

5

U n n R T

∆ = + ∆

2

O = 32 32

n =

2

CO = 20 28 0,714

n =

( )( )( ) ( )

2,5 0,714 8,314 28 997,5

U J

Ngày đăng: 08/03/2021, 17:22

TỪ KHÓA LIÊN QUAN