7.1.1.Một số khái niệm mở đầu
7.1.1.1. Thông số trạng thái và phương trình trạng thái
Các tính chất của một vật biểu hiện trạng thái của vật đó và ta có thể dùng một tập hợp các tính chất để xác định trạng thái của một vật. Trạng thái của một vật được xác định bởi một tập hợp xác định các đại lượng vật lý. Các đại lượng vật lý này được gọi là các thông số trạng thái .
Trạng thái của một vật được xác định bởi nhiều thông số trạng thái. Những hệ thức giữa các thông số trạng thái của một vật gọi là những phương trình trạng thái của vật đó.
Trạng thái của một khối khí nhất định, người ta dùng ba thông số trạng thái: thể tích V, áp suất p và nhiệt độ T của khối khí. Giữa ba thông số có một liên hệ được biểu diễn bởi một phương trình trạng thái với dạng tổng quát như sau: f(p, V, T) = 0 (7-l ) Việc khảo sát dạng cụ thể của phương trình trạng thái là một trong những vấn đề cơ bản của nhiệt học. Sau đây ta hãy xét chi tiết hai thông số: áp suất và nhiệt độ.
7.1.1.2. Khái niệm áp suất và nhiệt độ
a) Áp suất: Áp suất là một đại lượng vật lý có giá trị bằng lực nén vuông góc lên một đơn vị diện tích:
S F P
∆
= . Trong hệ SI đơn vị áp suất là (N/m2), hay pátxcan (Pa). Ngoài ra để đo áp suất, người ta còn dùng các đơn vị khác. Để đổi các đơn vị ta dùng hệ thức sau: 1 at = 736mmHg = 9,81.104N/m2.
b) Nhiệt độ: Nhiệt độ là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ chuyển động hỗn loạn phân tử
của các vật. Gọi T là nhiệt độ trong thang tuyệt đối, t là nhiệt độ trong thang bách phân, ta có công thức: T = t + 273,16. Trong các tính toán đơn giản ta thường lấy: T = t +273.
7.1.2. Các định luật thực nghiệm về chất khí
7.1.2.1. Định luật Bôilơ - Mariôt
Bôilơ (1669) và Mariôt (1676) nghiên cứu quá trình đẳng nhiệt của các chất khí, đã tìm ra định luật sau đây:
Trong quá trình đẳng nhiệt của một khối khí, thể tích tỷ lệ nghịch với áp suất, hay nói cách khác: tích số của thể tích và áp suất của khối khí là một hằng số: pV = const
7.1.2.2. Các định luật Gay-Luuytxăc
Năm 1800, nghiên cứu các quá trình đẳng tích và đẳng áp của các chất khí Gay- Luuytxắc đã tìm ra những định luật sau đây:
b) Trong quá trình đẳng áp của một khối khí, thể tích tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối: V T/ =const. Trên đồ thị dùng tọa độ V, p đường biểu diễn quá trình đẳng tích là một đường thẩng song song với trục Op; đường biểu diễn quá trình đẳng áp là một đường thẳng song song với trục OV.
7.1.2.3. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng
Clapêrôn và Menđêlêep đã tìm ra phương trình như sau: pv mRT
µ
= .
Nếu xét 1mol khí với thể tích đo bằng m3 và áp suất đo bằng N/m2 thì:
K mol jun 31 8 R . , = Nếu xét 1 mol khí với thể tích đo bằng lít và áp suất đo bằng atm thì: 0,0848. .
.
l at R
mol K
=
Khối lượng riêng của khí lí tưởng:
RT p
µ =
ρ (7-2)