Do T và p là các thông số phụ thuộc, nên khi chuyển pha nếu thay đổi áp suất thì nhiệt độ chuyển pha cũng thay đổi.
p 1’ T’ 2’ p’ p 0 V’1 V1 V’2 V2 V 1 T 2 H.4
Quá trình chuyển pha của hệ từ pha 1 sang pha 2 là quá trình biến đổi trạng thái 1→ 2. Giả sử quá trình này xảy ra ở áp suất p và nhiệt độ T. Trên giản đồ trạng thái (H.4) nó biểu thị bằng đường thẳng 1-2, nếu quá trình xảy ra rất chậm để có thể coi là quá trình cân bằng và thuận nghịch thì :
A = p (V1 – V2)
Còn nhiệt của quá trình bằng ẩn nhiệt : Q = T (S2 – S1)
Xét sự chuyển pha cũng của hệ trên nhưng ở áp suất p’= p + dp và nhiệt độ T’= T + dT cũng coi là cân bằng và thuận nghịch. Sự chuyển pha là sự chuyển trạng thái 1’→ 2’. Trạng thái 1’ và 2’ có thể coi là nhận được từ các trạng thái 1 và 2 tương ứng bằng các quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch vô cùng bé. Công và nhiệt trong quá trình 1’→ 2’ là : A’ = (p + dp)( ' ) 2 ' 1 V V − Q’ = (T + dT)( ' ) 2 ' 1 S S −
Do quá trình đoạn nhiệt nên ' 1 1 2 ' 2 S ; S S S = =
Chu trình 122’1’1 lập thành chu trình thuận nghịch. Theo nguyên lí 1 ta có đối với chu trình thuận nghịch :
∆U = 0 = Q – Q’+ A – A’+ (δA22’+δA1’1≈ 0)
Thay các giá trị của Q, Q’, A, A’từ các biểu thức trên vào biểu thức này ta được : Q V V T dp dT = ( 2 − 1) (6)
(6) là phương trình Clapeyron –Clausius.
Ví dụ : sự chuyển pha nước→ hơi ở nhiệt độ sôi TK. Ta có V2 > V1và Q > 0 nên dT/dp > 0, tức khi p tăng thì TK tăng. Điều này được áp dụng chế tạo nồi áp suất.
§4 CHUYỂN PHA LOẠI 2
Chuyển pha loại 2 là chuyển pha liên tục, các biến đổi pha không kèm theo sự hấp thụ hay tỏa nhiệt cũng như sự biến đổi thể tích. Nhưng trong chuyển pha loại 2 là chuyển pha mà các đạo hàm bậc 2 của các thế nhiệt động có bước nhảy; đó là các đại lượng nhiệt dung, hệ số dãn nở, hệ số nén đẳng nhiệt v.v…
Các đại lượng vật lý trên liên quan rất chặt chẽ với tính đối xứng (hay trật tự) của hệ. Do đó chuyển pha loại 2 liên quan đến sự thay đổi tính đối xứng (trật tự) của hệ. Vì vậy để mô tả chuyển pha loại 2 người ta đưa ra một đại lượng gọi là thông số trật tự η. η đặc trưng cho tính đối xứng của hệ. Khi η ≠ 0 hệ ứng với một đối xứng nào đó, còn khi η = 0 thì hệ không còn đối xứng đó. Việc chuyển pha tương ứng với sự chuyển từ đối xứng nọ sang đối xứng kia hay chuyển từ η≠0 sang η = 0 và ngược lại.
Các dạng chuyển pha loại 2 được biết đến nay là :
- Sự chuyển trạng thái sắt từ sang thuận từ tại nhiệt độ Curie, kèm theo sự thay đổi cơ bản về cấu trúc.
- Sự chuyển hóa siêu dẫn : ở nhiệt độ chuyển hóa siêu dẫn điện trở của vật liệu giảm đến 0.
- Tính siêu chảy : ở nhiệt độ 2,9 K Heli lỏng tách thành hai pha : He1 và He2 ; pha He2 có độ nhớt dịch chuyển bằng 0.
CHƯƠNG 7. THỐNG KÊ CỔ ĐIỂN
Vật lý thống kê nghiên cứu các hệ gồm một số hạt rất lớn giống nhau (hệ hạt đồng nhất) (nguyên tử, phân tử, electron, photon v.v…). vật lý thống kê dùng các phương pháp của lý thuyết xác suất.
Chuyển động của mỗi hạt tuân theo các định luật của cơ học Newton. Như vậy nếu viết các phương trình chuyển động cho n hạt của hệ thì ta có 3n phương trình. Như thế đối với hệ vĩ mô sẽ không có phương tiện giải được. Vì vậy phải dùng phương pháp thống kê.
Hệ đơn giản nhất là khí lý tưởng. Ta sẽ nghiên cứu chúng.
§1 THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ
Thuyết động học phân tử dựa trên cấu tạo phân tử của các chất khí và sự chuyển động hỗn loạn không ngừng của các phân tử để giải thích các tính chất của chất khí. Dựa trên thực nghiệm thuyết động học phân tử các chất khí nêu ra các giả thiết :
1. Các chất khí có cấu tạo gián đoạn gồm một số rất lớn phân tử.
2. Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng. Khi chuyển động chúng va chạm nhau và va chạm với thành bình.
3. Cường độ chuyển động của phân tử biểu thị nhiệt độ của khối khí. Chuyển động phân tử càng mạnh thì nhiệt độ càng cao. Nhiệt độ tuyệt đối tỉ lệ với động năng trung bình của phân tử.
4. Kích thước các phân tử rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng. Trong nhiều trường hợp tính toán có thể bỏ qua kích thước phân tử và mỗi phân tử coi như một chất điểm.
5. Các phân tử không tương tác nhau trừ lúc va chạm. Sự va chạm giữa các phân tử và giữa các phân tử với thành bình tuân theo qui luật của va chạm đàn hồi.
Các giả thiết trên dựa trên cơ sở thực nghiệm. Tuy nhiên một số giả thiết chỉ đúng cho khí thực ở áp suất khối khí không quá lớn và nhiệt độ khối khí không quá bé (giả thiết 4,5). Vì vậy có thể nói các giả thiết trên chỉ đúng hoàn toàn đối với khí lý tưởng.
§2 PHÂN BỐ MAXWELL