M (2.9) Theo định nghĩa (2.9) thì mômen độ ng l ượ ng
b. Sự phụ thuộc của nhiệt độ chuyển pha vào áp suất
Nhiệt độ chuyển pha là nhiệt độ mà tại đó có sự chuyển pha từ trạng thái này sang trạng thái khác. Thông thường trong một hệ nhiệt động khi áp suất thay đổi thì nhiệt độ cũng thay đổi theo. Hãy xem xét quá trình phụ thuộc này: khi làm chuyển pha một hệ có khối lượng vật chất là m từ pha thứ I sang pha thứ II.
Hãy thực hiện một chu trình Cácnô với hệ gồm hai pha I và II. Trong đó VI là thể tích của một đơn vị khối lượng ở pha I và VII là thể tích của một đơn vị khối lượng ở pha II. Trạng thái ban đầu của hệ có nhiệt độ là T, được xác định bằng điểm A trên giản đồ PV (hình 11.4). Cho hệ dãn nởđẳng nhiệt từ A đến B, khi đó sẽ có một phần vật chất chuyển từ pha I sang pha II. Sự thay đổi thể tích của một đơn vị khối lượng trong quá trình này là (VII – VI).
Nếu quá trình này làm chuyển pha m khối lượng vật chất thì sự thay đổi thể tích sẽ là m(VII – VI) và nhiệt lượng cần cung cấp cho hệ là: ∆Q = L × m. Đồng thời hệ phải sinh một công là: A1 = m(VII – VI)pAB
Cho hệ dãn nở đoạn nhiệt từ trạng thái B tới trạng thái C, khi đó nhiệt độ của hệ giảm đi một lượng là dT, và sự thay đổi áp suất là dp. Tiếp tục chu trình bằng quá trình nén đẳng nhiệt từ C tới D. Quá trình này cần tốn một công cho hệ là A2 =
A B C D m(VII - VI) V VC VD VII VI pAB dp PCD Hình 11.4 Sự phụ thuộc của nhiệt độ
m(VC – VD)pCD. Cuối cùng nén đoạn nhiệt hệ từ D với nhiệt độ của hệ là (T – dT), để hệ trở về trạng thái ban đầu tại A với nhiệt độ là T.
Công sinh ra khi thực hiện chu trình này bằng hiệu công sinh ra trong quá trình dãn nởđẳng nhiệt ở T và nén đẳng nhiệt ở nhiệt độ T – dT ứng với quá trình AB và CD. Đó là: A1 – A2 = m(VII – VI)×(pAB − pCD) = m(VII – VI)dp (đó chính là diện tích hình chữ nhật ABCD) hoặc: ∆A = m(VII – VI)dp (11.6) Hiệu suất của chu trình này là: (VII V dpI) dT A T Q L − ∆ η = = = ∆ (11.7) Suy ra: dT T V( II VI) dp L − = (11.8)
Phương trình này cho biết sự phụ thuộc của nhiệt độ chuyển pha của một chất vào áp suất, gọi là phương trình Clapâyrông Claodiut. Từ phương trình (11.8) suy ra:
Nếu (VII – VI) > 0, nghĩa là thể tích của một đơn vị khối lượng vật chất ở pha II lớn hơn pha I, phương trình (11.8) có giá trị dương thì khi áp suất tăng, nhiệt độ chuyển pha cũng tăng. Ví dụ: quá trình sôi, thể tích hơi luôn lớn hơn thể tích lỏng, khi áp suất tăng, nhiệt độ sôi cũng tăng.
Nếu VII – VI < 0, nghĩa là thể tích của một đơn vị khối lượng vật chất ở pha II bé hơn pha I phương trình (11.8) có giá trị âm, thì khi áp suất tăng, nhiệt độ chuyển pha giảm. Ví dụ: quá trình kết tinh của nước đá, thể tích của nước đá lớn hơn thể tích của nước, do đó khi áp suất tăng nhiệt độ kết tinh của nước đá giảm.
11.3.2.Chuyển pha loại II
Nhưđã nói ở trên, chuyển pha loại II là chuyển pha khi trạng thái của hệ biến đổi lien tục, vì thế chuyển pha loại II còn gọi là chuyển pha liên tục. Nhưng sự biến đổi trạng thái liên tục không thể mô tả chuyển pha loại II. Vì thế để mô tả chuyển pha loại II chúng ta chú ý đến đặc điểm là tại điểm chuyển pha đạo hàm bậc hai của các hàm thế nhiệt động có bước nhảy mà các đạo hàm này cũng lại xác định các đại lượng vật lý biểu thị tính chất của hệ như nhiệt dung, hệ số giãn nở, hệ số nén v.v…
Các đại lượng vật lý này lại liên quan hết sức chặt chẽ với tính đối xứng (hoặc tính trật tự) của hệ.