Trạng thái của một hệ nhiệt động được xác định bởi một bộ các đại lượng vật lý, các đại lượng này được gọi là thông số trạng thái của hệ như : nhiệt độ (T), khối lượng (m), thể tích (V), áp suất (P), nồng độ,.... Có rất nhiều thông số trạng thái tuy
nhiên chỉ có một số độc lập, số còn lại phụ thuộc. Trong nghiên cứu Nhiệt động học người ta thường chọn bộ 3 thông số sau để nghiên cứu đó là : áp suất, nhiệt độ và thể tích (hay còn gọi bộ 3 P,V,T).
Thực nghiệm chứng tỏ rằng trong 3 thông số trên có 2 thông số là độc lập còn một là phụ thuộc. Và phương trình biểu diễn mối liên hệ giữa 3 thông số trạng thái ấy gọi là “phương trình trạng thái”.
p = f ( V, T ) hoặc F ( p, V, T ) = 0 (3.1)
3.1.1.2. Áp suất
Áp suất là một đại lượng vật lý có giá trị bằng lực nén vuông góc lên một đơn vị diện tích
Trong hệ SI: P có đơn vị N/m2 = Pa. Ngoài ra còn dùng các đơn vị sau:
• Atmotphe kỹ thuật : . • Atmotphe vật lý :
• 1 mmHg [ 1Tor ] = 133,32 N/m2 là áp suất gây bởi trọng lượng cột thủy ngân cao 1mm. 1atm = 1,033at = 760 mmHg; hoặc 1at = 736mmHg.
Trong thuyết động học phân tử có nói : các phân tử chuyển động nhiệt hỗn loạn không ngừng va chạm vào thành bình gây ra áp suất (sẽ nghiên cứu sau ở phần nội năng khí lý tưởng).
3.1.1.3.Nhiệt độ
Theo nghĩa thông thường thì nhiệt độ đặc trưng cho sự nóng lạnh của một hệ khí. Nhưng theo thuyết động học phân tử thì nhiệt độ đặc trưng cho mức độ chuyển động hỗn loạn của các phân tử chất khí.
Để đo được nhiệt độ người ta dùng nhiệt biểu để đọc. Có rất nhiều thang đo như thang : bách phân (Celsius), nhiệt giai tuyệt đối (Kelvin), hay nhiệt giai Fahrenheit (0F),....
Nhiệt giai Celcius (0 C) : được tính từ nhiệt độ nước đá đang tan (00C) cho tới nhiệt độ nước đang sôi (1000C), chia đều ra 100 độ chia cho nên còn gọi là nhiệt giai bách phân. Đây là nhiệt giai thường dùng trong đời sống và dự báo thời tiết.
Nhiệt giai tuyệt đối (0 K) : được dùng nghiên cứu trong Nhiệt học, với 00K (tương ứng -2730C ) và là nhiệt độ được cho là thấp nhất không thể thực hiện được. Mỗi một độ K tương ứng bằng một 0C, nhưng chênh lệch nhau 273 được tính bằng công thức :
T (0K ) = 273,15 + t (0C ).
Nhiệt giai Fahrenheit (0 F ) : thang này ít thông dụng hơn, thang được chia 180 độ chia. Quan hệ giữa nhiệt độ Fahrenheit và nhiệt độ Celsíus xác lập như sau:
3.1.2. Thuyết động học phân tử chất khí.
Thuyết này dựa trên cấu tạo phân tử của các chất và chuyển động hỗn loạn không ngừng của các phân tử để giải thích tính chất của chất khí. Gồm các quan niệm sau đây:
1. Các chất có cấu tạo gián đoạn và gồm một số rất lớn các “phân tử”.
2. Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng, khi chuyển động chúng va chạm vào nhau và va chạm vào thành bình.
3. Kích thước của các phân tử rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng. Trong nhiều trường hợp tính toán có thể bỏ qua kích thước của các phân tử và coi phân tử như một chất điểm.
4. Cường độ chuyển động phân tử biểu hiện ở nhiệt độ của khối khí, chuyển động phân tử càng mạnh thì nhiệt độ càng cao. Nhiệt độ tuyệt đối tỷ lệ với động năng tịnh tiến trung bình ( của phân tử.
5. Các phân tử không tương tác với nhau trừ va chạm. Sự va chạm giữa các phân tử và giữa phân tử với thành bình tuân theo những quy luật va chạm đàn hồi.
Thuyết động học phân tử giải thích được nhiều vấn đề về sự biến đổi của khí lý tưởng nhưng khi áp dụng sang khí thực thì không đúng hoàn toàn.Vì trong khí thực phải xét tới kích thước các phân tử (thể tích riêng phần của phân tử) và cũng xét đến thế năng tương tác giữa các phân tử với nhau mà ở khí lý tưởng đã bỏ qua sự tương tác này.
320F = 00C2120F