Bài 9 vật lý đại học các thuộc tính nhiệt của vật chất

Bài Bài giảng lý thuyết VẬT LÝ ĐẠI HỌC GV: Đặng Thị Minh Huệ Chương 18 Các thuộc tính nhiệt vật chất Các phân tử khí vùng (+400C) sa mạc chuyển động nhanh lần so với phân tử khí vùng hàn đới (- 400C)? 9.1 Các phương trình trạng thái - Mục 18.1 Thông số trạng thái (TSTT) + Khi T/ch vật thay đổi → T2 vật t/đ → dùng tập hợp t/ch để xác định T2 vật + Mỗi t/ch đặc trưng ĐLVL → T2 vật xđ tập hợp ĐLVL Các ĐLVL gọi Thông số trạng thái (biến trạng thái) vật VD: T2 khối khí xác định TSTT: p, V, T ( thêm k/lượng m số mol n ) Phương trình trạng thái (PTTT):  ĐN: PT biểu diễn mối liên hệ TSTT f = f(V, T, p) =  VD + khối khí : V(p, T) ; p = p(V, T) T = T(p, V) + chất rắn: PTTT V = V0[1 + β(T – T0) – k(p – p0)] β – hệ số nở khối k – hệ số nén (18.1) Khí lý tưởng – PTTT khí lý tưởng a) Đặc điểm khí lý tưởng + Các c/khí có ctạo g/đoạn gồm số lớn phân tử + Các pt khí cđ hỗn loạn không ngừng, cđ chúng v/c vào thành bình + Cường độ vận động pt ~ nhiệt độ T + K/thước pt nhỏ so với k/c trung bình chúng Do coi phân tử chất điểm + Các pt không tương tác trừ v/c V/c pt khí với với t/bình hồn tồn đàn hồi Vậy: Khí lý tưởng chất khí ta bỏ qua kích thước phân tử tương tác chúng b) PTTT khí lý tưởng  ĐN: hệ thức tường minh thông số TT p, V, T Nhận xét: V ~ n ; V ~ 1/p ; p ~ T  BT : pV = nRT (18.3) Với n số mol chất khí : n = m/ M , m k/lg chất khí cịn M khối lượng 1mol khí ; R h/số khí lý tưởng,  đơn vị đo Cụ thể: + Nếu : p (Pa hay N/m2); V (m3) ; T( K ) R = 8,315 J/mol.K + Nếu p (atm) ; V(lít) ; T( K) R= 0,0826 l atm /mol.K KL: + PTTT khí lý tưởng: mkkhi pV  RT M (18.4) + Khối lượng riêng khối khí: mtot pM   V RT (18.5)  Hệ rút từ PTTT T = const: PV h / s T P1V1 = P2 V2 p = const: V1/T1 = V2/T2 V = const: p1 /T1 = V2 /T2 + Chất khí có n = h/số: (18.6) Chú ý: + PTTT khí lý tưởng áp dụng tốt áp suất thấp nhiệt độ cao + Ở nhiệt độ bình thường (nhiệt độ phịng) coi chất khí khí lý tưởng 4 Phương trình Van Der Walls - PTTT khí thực  Khi tính đến kích thước tương tác phân tử chất khí khí thực  PTTT:  an  p  V   V  nb  nRT  (18.7) đó: Các số a b tìm thực nghiệm, với chất khí khác số khác • b l thể tích riêng tất phân tử mol • V – nb thể tích dành cho chuyển động tự phân tử • a phụ thuộc lực tương tác phân tử  Đồ thị pV - họ đường đẳng nhiệt thực nghiệm (của khí thực khí lý tưởng với chất số mol khí) Khí lý tưởng So sánh rút kết luận? Khí thực 9.2 Những thuộc tính phân tử - Mục 18.2 + Vật chất cấu tạo từ phân tử + Số phân tử mol vật chất NA = 6,023.1023 pt/ mol + Các phân tử tương tác với tương tác + Các ph/ tử ch/đg động tăng theo nhiệt độ + Đồ thị biểu diễn lực tương tác U tương tác theo khoảng cách ph/tử: + Nếu r < r0 → lực đẩy; r > r0 → lực hút + Nếu r = r0 → lực F = 0, U = ; r0 gọi k/c ứng với vị trí cân bền phân tử 9.3 Mơ hình động học khí lý tưởng - Mục 18.3 Các giả thiết mơ hình động học phân tử khí lý tưởng : a Một bình chứa tích V, chứa N phân tử đồng nhất, phân tử có khối lượng m b Mỗi phân tử coi chất điểm c Các phân tử chuyển động thẳng đều, tuân theo định luật Newton, va chạm đàn hồi với thành bình d.Thành bình hồn tồn cứng, rộng vơ hạn không chuyển động 1  pV  N m ( v ) PTCB thuyết động học phân tử khí: av   2  (18.12) CM (lưu ý : GV không CM lớp mà cho h/s tự đọc có slide) • Xét va chạm phân tử với thành bình - Độ biến thiên động lượng: m|vx| - (-m|vx|) = 2m|vx| - Số hạt va chạm với thành bình thời gian dt: 1 N    Av x dt  2V  - Độ biến thiên tổng động lượng: x NAmv dt dPx  V (18.9) - Lực tác dụng lên thành bình: dPx NAmv x2 F  dt V - Áp suất lên thành bình: Vì (18.10) F Nmv p  A V (v x ) av  (v ) av nên ta có: 1  pV  N  m(v ) av  2  x (18.11) (18.12) - đpcm Các hệ quả: + Động tịnh tiến trung bình n mol khí: Suy ra: K tr  nRT m(v ) av  kT 2 + Tốc độ phương: (18.16) - Là đ/ng tịnh tiến Tb phân tử khí 3kT 3RT vrms  (v ) av   m M (18.19) + Quãng đường tự trung bình: k/c trung bình hai va chạm liên tiếp kT  4 2r p (18.22) Ví dụ (18.6): + Tính động tịnh tiến trung bình phân tử khí lý tưởng nhiệt độ 270C ? + Tính tổng động chuyển động hỗn loạn mol khí lý tưởng ? + Tốc độ vrcm phân tử oxy nhiệt độ bao nhiêu? Hướng dẫn giải + Ktttb= + + m(v ) av  kT = 3(1,38.10-23 J/K)(300K)/2 = 6,21.10-21 J 2 Ktttb mol khí lý tưởng là: K = 3nRT/2 vrcm 3kT 3(1,38.10  23 J / K )(300 K )   m 5,31.10  26 kg Lưu ý: Phân biệt vrcm vav – Ví dụ 18.7 Năm phân tử khí chọn ngẫu nhiên có tốc độ lần luợt 500, 600, 700, 800, 900 m/s Tìm vrcm so sánh với tốc độ trung bình? (500 m / s)  (600 m / s)  (700 m / s)  (800 m / s)  (900 m / s) (v ) av  = 5,1.105 m2/s2 → vrcm = 714 m/s (500m / s )  (600m / s )  (700m / s )  (800 m / s )  (900 m / s ) v av  = 700 m/s Chuyển động phân tử Nguyên lý phân bố lượng theo bậc tự  Bậc tự i: số thành phần vận tốc cần thiết để mơ tả hồn tồn c/đg phân tử VD: khí đơn nguyên tử i = 3; khí lưỡng nguyên tử i = 5; khí đa nguyên tử i = kT i   kT  Nội dung nguyên lý: Năng lượng ứng với bậc tự Năng lượng phân tử Vậy: NL N phân tử: i   NkT Chú ý: Năng lượng khí lý tưởng động 9.4 Nhiệt dung - Mục 18.4 KN: Là nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho đơn vị lượng chất (như đơn vị đo khối lượng hay đơn vị đo số phân tử mol) để nóng lên độ  BT: Nhiệt dung phân tử: C = Q / nT = M.Q/m.T (J/mol.K) Nhiệt dung riêng c = Q/ nMT = C/M  Đặc điểm: có giá trị thay đổi, phụ thuộc vào pha vật chất phụ thuộc cấu trúc vật chất; điều kiện trao đổi nhiệt  Lưu ý: Nhiệt dung riêng nhiệt dung phân tử nước (c/lỏng) hàm nhiệt độ i  Nhiệt dung đẳng tích chất khí (pha khí): C  R V  Nhiệt dung phân tử chất rắn: CV = iR = 3R (R =8,314J/mol.K) ... đổi, phụ thuộc vào pha vật chất phụ thuộc cấu trúc vật chất; điều kiện trao đổi nhiệt  Lưu ý: Nhiệt dung riêng nhiệt dung phân tử nước (c/lỏng) hàm nhiệt độ i  Nhiệt dung đẳng tích chất khí... phụ thuộc lực tương tác phân tử  Đồ thị pV - họ đường đẳng nhiệt thực nghiệm (của khí thực khí lý tưởng với chất số mol khí) Khí lý tưởng So sánh rút kết luận? Khí thực 9. 2 Những thuộc tính. ..Chương 18 Các thuộc tính nhiệt vật chất Các phân tử khí vùng (+400C) sa mạc chuyển động nhanh lần so với phân tử khí vùng hàn đới (- 400C)? 9. 1 Các phương trình trạng thái -