µ δ δ = = = (7.3) +) Định luật Dulong – Petit: Nếu lấy R ≈2 cal/mol.độ thì C≈6 cal/mol.độ. Nghĩa là ở những nhiệt độ đủ cao, nhiệt dung mol của tất cả các vật rắn đơn chất kết tinh là 6 cal/mol.độ.
7.3. Chất lỏng
- Một khối chất lỏng có thể tích xác định và có hình dạng của bình chứa. Mật độ phân tử chất lỏng lớn gấp nhiều lần mật độ phân tử chất khí và gần bằng mật độ phân tử chất rắn. Khoảng cách giữa các phân tử chất lỏng vào khoảng kích thước phân tử.
- Ở trạng thái bình thường, xét về cấu trúc thì chất lỏng gần giống chất rắn hơn là chất khí. Mỗi phân tử chất lỏng cũng dao động nhiệt quanh vị trí cân bằng nhưng sau một thời gian cư trú nhất định thì chuyển sang vị trí mới lân cận. Nhiệt độ chất lỏng càng thấp thì thời gian cư trú càng lớn.
7.3.1. Hiện tượng căng mặt ngoài của chất lỏng:
- Lực căng mặt ngoài đặt lên đường giới hạn của mặt ngoài và vuông góc với nó, có phương tiếp tuyến với mặt ngoài của chất lỏng và có chiều sao cho lực có tác dụng thu nhỏ diện tích măt ngoài của khối chất lỏng.
Độ lớn của lực căng mặt ngoài F tỷ lệ với độ dài l của đường giới hạn mặt ngoài của khối chất lỏng:
F = σl (7.4) Trong đó, σ (đơn vị N/m) là hệ số căng mặt ngoài (suất căng mặt ngoài) của chất lỏng,phụ - Áp suất phân tử: toàn bộ phân tử nằm ở lớp mặt ngoài đều chịu những hợp lực kéo vào trong, lớp phân tử này ép lên phần chất lỏng bên trong và gây ra một áp suất gọi là áp suất phân tử.
- Năng lượng mặt ngoài:
+ Khi các phân tử di chuyển từ trong ra ngoài đòi hỏi phải tiêu thụ một công để thắng lực cản nên động năng phân tử giảm và thế năng phân tử tăng. Khi các phân tử di chuyển từ lớp mặt ngoài vào trong lòng chất lỏng sẽ thực hiện một công do sự giảm thế năng để chuyển thành động năng phân tử. Do đó, mỗi phân tử ở lớp mặt ngoài khác với các phân tử ở trong lòng khối chất lỏng là nó có một thế năng phụ. Tổng thế năng phụ ở lớp mặt ngoài được gọi là năng lượng tự do. Năng lượng tự do chính là một phần nội năng của khối chất lỏng.
Các phân tử ở lớp mặt ngoài có thế năng lớn hơn so với các phân tử ở bên trong. Phần thế năng lớn hơn đó gọi là năng lượng mặt ngoài.
7.3.2. Giải thích một số hiện tượng thực tế bằng lực căng mặt ngoài
- Sự nhỏ giọt: Qua những ống khá nhỏ, chất lỏng không chảy thành dòng mà chảy thành từng giọt.
- Kim dính dầu nổi trên mặt nước: Một kim khâu dính chút dầu được đặt nhẹ nhàng trên mặt nước sẽ nổi mặc dù khối lượng riêng của chất tạo nên kim khâu lớn hơn khối lượng riêng của nước. Do kim khâu dính dầu nên không ướt và mặt nước ở chỗ đặt kim bị lõm xuống.
- Đổ nước qua tấm lưới mà nước không chảy qua các lỗ nhỏ của tấm lưới. Do lực căng mặt ngoài của màng nước bám ở bên dưới lưới.
7.3.3. Hiện tượng dính ướt và không dính ướt
- Khi chất lỏng tiếp xúc với chất rắn có thể xảy ra hiện tượng dính ướt hoặc không dính ướt.
Hiện tượng dính ướt xảy ra khi lực hút giữa các phân tử chất rắn với các phân tử chất lỏng lớn hơn lực hút giữa các phân tử chất lỏng với nhau làm cho mặt chất lỏng ở gần thành bình có dạng hình lõm (hình 6.6a).
- Hiện tượng không dính ướt xảy ra khi lực hút giữa các phân tử chất lỏng lớn hơn lực hút giữa các phân tử chất rắn với các phân tử chất lỏng làm cho mặt chất lỏng ở gần thành bình bị đẩy xuống trở thành mặt lồi (hình 6.6b).
7.4. Sự nóng chảy và sự đông đặc
7.4.1. Sự nóng chảy. Nhiệt độ nóng chảy
-) Sự nóng chảy là quá trình các chất biến đổi từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng. Một vật rắn không thể tự nóng chảy được, muốn nóng chảy nó cần nhận nhiệt từ ngoài. Nhiệt độ mà tới đó vật rắn nóng chảy gọi là nhiệt độ nóng chảy hay điểm nóng chảy.
-) Nhiệt độ mà tới đó vật rắn nóng chảy gọi là nhiệt độ nóng chảy hay điểm nóng chảy. 7.4.2. Sự đông đặc
hình 6.6b: Chất lỏng không làm ướt chất rắn hình 6.6a: Chất lỏng làm ướt chất rắn
-) Quá trình mà các chất biến đổi từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn gọi là sự đông đặc. -) Chất rắn kết tinh nóng chảy và đông đặc ở cùng một nhiệt độ dưới những điều kiện như nhau.
7.5. Sự hóa hơi và sự ngưng tụ
7.5.1. Sự hóa hơi
- Quá trình chất biến đổi từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi (khí) được gọi là sự hóa hơi. Sự hóa hơi gồm sự bay hơi và sự sôi
- Sự sôi của chất lỏng là quá trình hóa hơi mạnh bằng sự tạo thành các bọt hơi ở trong lòng chất lỏng, các bọt hơi này thoát qua mặt thoáng rồi ra ngoài.
7.5.2. Nhiệt hóa hơi
- Để giữ cho nhiệt độ của lượng chất lỏng không thay đổi khi bay hơi, các vật ngoài phải truyền nhiệt cho nó. Nhiệt lượng này gọi là nhiệt hóa hơi.
- Nhiệt hóa hơi riêng (kí hiệu r) là nhiệt lượng cần cung cấp để một đơn vị khối lượng của một chất ở trạng thái lỏng chuyển tất cả thành hơi ở nhiệt độ không đổi.
7.5.3. Sự ngưng tụ
- Ngưng tụ là quá trình ngược với quá trình bay hơi. Hơi tạo thành trên mặt ngoài khối lỏng có thể ngưng tụ trở lại khối lỏng.
- Khi hơi ngưng tụ nó lại tỏa nhiệt lượng đúng bằng nhiệt hóa hơi đã cung cấp khi bay hơi nếu nhiệt độ của hai quá trình ngược nhau này là như nhau.
*) Tài liệu học tập
[1]. Lương Duyên Bình (2009), Bài tập Vật lí đại cương, tập 1 - Cơ nhiệt, NXB Giáo dục. [2] Đàm Trung Đồn, Nguyễn Trọng Phú (1994), Vật lí phân tử và nhiệt học, NXB Giáo dục, Hà Nội
[3] Bùi Trọng Tuân (2005), Nhiệt học, NXB Đại học Sư phạm.
*) Câu hỏi, bài tập, nội dung ôn tập và thảo luận A) Câu hỏi ôn tập
1. Những tính chất nhiệt của vật rắn? Nội năng và nhiệt dung mol của vật rắn? 2. Thế nào là sự nở vì nhiệt của chất lỏng?
3. Nêu định nghĩa hiện tượng căng mặt ngoài của chất lỏng? Giải thích một số hiện tượng thực tế bằng lực căng mặt ngoài?
4. So sánh các đặc điểm và tính chất của sự dính ướt và không dính ướt?
B) Bài tập:
1. Kéo căng một dây đồng thau có chiều dài 1,8m, đường kính 0,8mm bằng một lực 25N thì dây giãn một đoạn 1mm. Tính suất Iâng của đồng thau.
2. Một cái thước bằng thau có chiều dài 1,00037m lúc ở 20oC. Tìm chiều dài của thước ở 0oC. Cho α = 18,5.10-6K-1.
3. Một quả cầu bằng đồng có đường kính 8m ở nhiệt độ 30oC. Phải nung nóng quả cầu đến nhiệt độ bao nhiêu để thể tích của nó tăng thêm 1,36cm3. Biết hệ số nở dài của đồng là α = 1,7.10-5K-1.
4. Một dây nhôm có chiều dài l = 1m, tiết diện thẳng S = 4mm2 ở 20oC. Hệ số nở dài của nhôm là 2,3.10-5K-1, suất đàn hồi là 7.1010Pa, Giới hạn bền là δb = 108N/m2.
b. Nếu không kéo dây nhôm thì phải tăng nhiệt độ của dây lên bao nhiêu để nó giãn một đọan 0,4mm.
c. Tính lực kéo làm đứt dây.
5. Một thước bằng nhôm có các độ chia đúng ở 5oC. Dùng thước này đo một chiều dài ở 35oC. Kết quả đọc được là 88,45cm. Tính sai số do ảnh hưởng của nhiệt độ và chiều dài đúng.
6. Hai nhánh 1 và 2 của một ống mao dẫn hình chữ U có đường kính trong tương ứng là d1 = 2mm, d2 = 1mm. Sau khi đổ nước vào ống thì hiệu mực nước trong hai nhánh là Δh = 15mm. Tính hệ số căng mặt ngoài của nước. Xem nước làm ướt hoàn toàn vật rắn, g = 9,8m/s2.
C) Thảo luận:
1. Vật liệu Pôlime và cấu trúc của chúng
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Lương Duyên Bình (2009), Bài tập Vật lí đại cương, tập 1 - Cơ nhiệt, NXB Giáo dục. [2] Đàm Trung Đồn, Nguyễn Trọng Phú (1994), Vật lí phân tử và nhiệt học, NXB Giáo dục, Hà Nội.
[3]. Nguyễn Huy Sinh (2006), Giáo trình nhiệt học, NXB Giáo dục. [4] Bùi Trọng Tuân (2005), Nhiệt học, NXB Đại học Sư phạm.
[5] Phạm Quý Tư (1997), Nhiệt động lực học, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội. [6] Lê Văn (1978) , Vật lý phân tử và nhiệt học, NXB Giáo dục Hà Nội.