- í nghĩa của định luật nhiệt động I: Định luật nhiệt độn gI cho phộp ta viết phương trỡnh cõn bằng năng lượng cho một quỏ trỡnh nhiệt động
1. Phương trỡnh trạng thỏi khớ lý tưởng và khớ thực Khớ lý t ưởng
1.1.1 Khỏi niệm
Khớ lý tưởng là khớ mà thể tớch bản thõn phõn tử của chúng vụ cựng bộ và lực tương tỏc giữa cỏc phõn tử bằng khụng.
Trong thực tế khụng cú khớ lý tưởng mà toàn khớ thực, cú thể xem khớ lý tưởng là trạng thỏi giới hạn của khớ thực khi ỏp suất p rất nhỏ. Tuy nhiờn trong những điều kiện nhất định khi ở nhiệt độ cao, thể tớch riờng lớn thỡ thể tớch của cỏc phõn tử chất khớ rất bộ so với thể tớch khối khớ là lực tương tỏc giữa cỏc phõn tử rất nhỏ cú thể bỏ qua, lúc đú cú thể coi là khớ lý tưởng.
Trong kỹ thuật ở điều kiện nhiệt độ, ỏp suất bỡnh thường cú thể coi cỏc chất như Hyđr, ễxy, Nitơ, khụng khớ ... là khớ lý tưởng, hơi nước trong sản phẩm chỏy hoặc trong khụng khớ cũng xem là khớ lý tưởng vỡ phõn ỏp suất của nú rất nhỏ.
1.1.2. Phương trỡnh trạng thỏi của khớ lý tưởng1.1.2.1. Phương trỡnh 1.1.2.1. Phương trỡnh
Ph-ơng trình trạng thái của khí lý t-ởng tr-ớc đây đ-ợc tìm ra từ các định luật thực nghiệm của khí lý t-ởng( định luật Boyle - Mariotte; định luật Gay - Lussac). Ngày nay ph-ơng trình trang thái đ-ợc tìm ra từ thuyết động học phân tử.
* Đối với 1kg chất khớ p.v = R.T
p - áp suất chất khớ ( N/m2 ); v - thể tớch riờng (m3/kg)
T - nhiệt độ tuyệt đối( K0 ).
R - hằng số chất khí( J/kg.độ )
* Đối với khí có khối l-ợng G kg, thể tớch V(m3). p.v.G = G.R.T
27
hay p.V = G.R.T * Đối với 1kmol chất khớ
+ Khỏi niệm kilomol chất khớ : một kilomol chất khớ nào đú là lượng khớ cú khối lượng bằng kg- trong đú là trị số phõn tử lượng của chất khớ đú
Từ cụng thức p.v = R.T ta cú .p.v = . R.T
Ta cú .R = RMặt khỏc .v = Vlà thể tớch của 1kmol chất khớ Ta cú phương trỡnh trạng thỏi của 1kilomol chất khớ là:
V.p = R.T * Tớnh hằng số R
Ta cú 𝑅𝜇 = 𝑝𝑉𝜇
𝑇
ở điều kiện ỏp suất tiờu chuẩn, ỏp suất p = 101326Pa = 760mmHg , và nhiệt độ t = 00C thỡ 1mol khớ lý tưởng chiếm một thể tớch là V = 22,4m3
vậy hằng số phổ biến của chất khớ bằng
𝑅𝜇 =𝑝𝑉𝜇
𝑇 = 101326.22,4273 =8314 𝑗/𝑘𝑚𝑜𝑙 8314 𝑗/𝑘𝑚𝑜𝑙
Với mọi trạng thỏi và mọi chất khớ R luụn là hằng số. R gọi là hằng số phổ biến R = 8314J/độ Mặt khỏc ta biết .R = R suy ra R = R 8314 (J/kg.độ) R: Hằng số của chất khí, đơn vị j/kg.0K Vớ dụ: Với khớ Nitơ: RN2 = 8314/28 = 297 (J/kg.độ) Với ụxy: R02 = 8314/32 = 259(J/kg.độ) 1.1.2.2. Hỗn hợp của khí lý t-ởng + Khái niệm Là hỗn hợp cơ học của các chất khí thành phần, giữa chúng không xảy ra các phản ứng hóa học.
+ Các đặc tính n i i 1 P = P; Ti = T, Vi = V
28 (n: Số l-ợng khí lý t-ởng)
+ Ph-ơng trình đối với hỗn hợp khí PV = G.RT
- Đối với khí thành phần trong hỗn hợp PiV = GiRiT
+ Các thành phần của hỗn hợp
- Thành phần khối l-ợng: Thành phần khối lượng của một chất khớ i trong hỗn hợp là tỷ số giữa khối lượng của chất khớ đú (Gi) với khối lượng hỗn hợp gi = Gi G n i i 1 g = 1 G là khối lượng của hỗn hợp
Với 1kg hỗn hợp thỡ thành phần khối lượng của một chất chớnh là khối lượng của chất khớ đú
- Thành phần thể tích: thành phần thể tớch của một chất khớ trong hỗn hợp là tỷ số giữa phõn thể tớch chất khớ đúVi với thể tớch hỗn hợp, ký hiệu ri ri = Vi V n i i 1 r = 1
Vi là phõn thể của chất khớ thứ i trong hỗn hợp, nú là thể tớch của chất khớ thứ i khi ta tưởng tượng tỏch riờng nú ra khỏi hỗn hợp và giữ ỏp suất và nhiệt độ như của hỗn hợp.
V là thể tớch của hỗn hợp, nú là thể tớch chung của cỏc chất khớ thành phần
- Thành phần kilomol: thành phần mol của chất khớ trong hỗn hợp là tỷ số giữa số kilomol của chất khớ đú với số kilomol của hỗn hợp, ký hiệu là ri ri = mi/m = Vi V n i i 1 r = 1 milà số kilomol của khớ i trong hỗn hợp m là số klomol của hỗn hợp
29
* Ng-ời ta đã chứng minh thành phần thể tích và thành phần kilomol là giống nhau.
- Khi tính toán hỗn hợp khí áp dụng công thức:
hh = n i i 1 r i; R = 8314 hoặc R = n i i i 1 g R 1.2.Khớ thực 1.2.1.Khỏi niệm Khớ thực là khớ mà thể tớch bản thõn cỏc phõn tử khỏc khụng và tồn tạo lực tương tỏc giữa cỏ phõn tử
Nếu khớ thực cú ỏp suất rất thấp và nhiệt độ cao thỡ cú thể coi là khớ lý tưởng
1.2.2. Phương trỡnh trạng thỏi của khí thực
Đến nay, bằng lý thuyết cũng nh- thực nghiệm chúng ta ch-a tìm đ-ợc một ph-ơng trình trạng thái dùng cho mọi khí ở mọi trạng thái mà chỉ tìm đ-ợc những ph-ơng trình đúng cho một hoặc một nhóm khí ở những khoảng áp suất và nhiệt độ nhất định.
Ph-ơng trình Vander Walls viết vào năm 1893: (p + a2 v )(v - b) = RT a: Hệ số hiệu chỉnh về áp suất b: Tổng thể tích của các phần tử p: ỏp suất T: Nhiệt độ R: hằng số chất khớ v: thể tớch riờng a,b là chằng số thực nghiệm
Thực nghiệm cho thấy ph-ơng trình trên chỉ đúng cho các khí ở áp suất nhỏ, thể tích lớn.
Với mụi chất làm lạnh người ta dựng phương trỡnh Webb- Rubin (𝑝 +𝑇𝑛𝑣(𝑣+𝑏)𝑎 ) (𝑣 − 𝑏) = 𝑅𝑇
30
n: hệ số hiệu chỉnh được xỏc định theo từng mụi chất