D) CÂU HỎI, BÀI TẬP, NỘI DUNG ÔN TẬP VÀ THẢO LUẬN CỦA CHƯƠNG
b. Các định luật và phương trình cơ bản
3.3. Các nguyên lí của nhiệt động lực học 1 Nhiệt độ
3.3.1. Nhiệt độ
Nhiệt độ là một khái niệm quan trọng nhất và cũng là khó trình bày nhất trong nhiệt học. Nhiệt độ là một đại lượng vật lý nhưng lại khác rất nhiều với các đại lượng vật lý quen thuộc khác như chiều dài, khối lượng, cường độ dòng điện,...
Trước hết khái niệm nhiệt độ gắn liền với hiện tượng cân bằng nhiệt. Sự cân bằng nhiệt đòi hỏi phải có sự bằng nhau về nhiệt độ. Để đặc trưng cho sự lệch khỏi trạng thái cân bằng nhiệt của các vật, người ta đưa ra khái niệm hiệu nhiệt độ. Khi có một hiệu nhiệt độ giữa các vật thể tiếp xúc với nhau thì sẽ xảy ra hiện tượng truyền năng lượng từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp hơn cho đến khi nào có sự cân bằng nhiệt.
- Nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học đã đưa ra một định nghĩa nhiệt độ không phụ thuộc một chất nào cả gọi là nhiệt độ nhiệt động lực.
- Theo thuyết động học phân tử, nhiệt độ của một vật liên quan mật thiết với năng lượng của chuyển động tịnh tiến của các phân tử của nó và đơn vị của nhiệt độ sẽ là Jun (J).
- Quan niệm nhiệt độ chỉ được xác định chính xác khi dựa vào nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học và thuyết động học phân tử. Để thiết lập thang đo nhiệt độ nhiệt động lực học cần chọn hai điểm: điểm không tuyệt đối là nhiệt độ mà khi ấy nhiệt lượng truyền cho nguồn lạnh
bằng không, tức là toàn bộ nhiệt lượng của nguồn nóng đều được chuyển hóa thành công hữu ích (hiệu suất của máy nhiệt thuận nghịch bằng 1). Còn điểm thứ hai chính là điểm ba của nước. Nhiệt độ đó được coi là 2730C (thực ra là 273,160C).
Thang đo nhiệt độ được thành lập dựa trên định nghĩa động học phân tử về nhiệt độ lại hoàn toàn trùng với thang nhiệt độ nhiệt động lực học. Sự truyền năng lượng giữa các vật thể có nhiệt độ khác nhau khi tiếp xúc chính là sự truyền động năng của chuyển động tịnh tiến giữa các phân tử của các vật thể đó và sự cân bằng nhiệt xảy ra khi động năng trung bình của các phần tử là như nhau. Nhiệt độ không tuyệt đối (T = 00K) bây giờ cũng có nghĩa là nhiệt độ mà khi đó các phân tử khí lý tưởng ngừng chuyển động nhiệt hỗn loạn.
- Tóm lại, tính chất của nhiệt độ là:
+ Nếu hai hệ có nhiệt độ T1 và T2 bằng nhau thì khi tiếp xúc, hai hệ đó vẫn ở trong trạng thái cân bằng nhiệt;
+ Nếu T1 > T2 thì trạng thái cân bằng của hai hệ có nhiệt độ T sao cho T2 < T < T1. + Không có nhiệt độ âm.
+ Nhiệt lượng rút gọn là hàm của trạng thái (chỉ phụ thuộc vào điểm đầu, điểm cuối và Q
T δ
là một vi phân toàn phần).
3.3.2. Nội năng
Thuyết động học phân tử đã làm rõ bản chất của khái niệm này. Ngày nay, người ta hiểu nội năng bao gồm:
+ Động năng của các chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay của các phân tử (cái gọi là chuyển động nhiệt),
+ Thế năng tương tác của các phân tử quy định bởi các lực phân tử giữa chúng, + Năng lượng chuyển động dao động của nguyên tử,
+ Năng lượng của các võ điện tử của nguyên tử, + Năng lượng hạt nhân,
+ Năng lượng của bức xạ điện từ.