Bài giảng "Vật lý đại cương 1 (Nhiệt học): Khí lý tưởng" cung cấp cho người học các kiến thức: Khí lý tưởng, phương trình trạng thái khí lý tưởng, luật phân bố điều năng lượng theo các bậc tự do,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương 1 (Nhiệt học): Khí lý tưởng - PGS.TS. Lê Công Hảo
- NHIEÄT HOÏC- Khí Lý Tưởng
PGS.TS. Lê Công Hảo
- 1.KHÍ LYÙ TÖÔÛNG
+ Khí lyù töôûng :
Caùc phaân töû khí raát xa nhau → coi nhö khoâng töông taùc nhau .
+ Traïng thaùi moät heä (khoái) khí ñöôïc xaùc ñònh bôûi caùc thoâng soá
traïng thaùi:P,V,T 4 N
1at = 9,81.10 2 = 736mmHg
a/Aùp suaát m
N
1atm = 1, 01.105 2 mmHg = Torr
Fn m
P= 1bar = 105 N / m2 Torr = 133 N/m3
S
N
= Pascal ( Pa ) 1 1
m 2
1mmHg = at = atm
-Ñònh luaät Dalton : 736 760
“Aùp suaát moät hoãn hôïp khí baèng toång aùp suaát rieâng phaàn cuûa
töøng chaát khí thaønh phaàn “ n
P = Pi
i
- b/ Nhieät ñoä :Ñaïi löôïng vaät lyù theå hieän möùc ñoä chuyeån ñoäng hoãn
loïan cuûa caùc phaân töû cuûa vaät(hay heä vaät) ñang xeùt.
-Caùc nhieät giai :
- Nhieät giai Celsius :Ñieåm tan cuûa Nhieät giai Fahrenheit :Ñieåm tan
nöôùc ñaù vaø ñieåm soâi cuûa nöôùc tinh cuûa nöôùc ñaù vaø ñieåm soâi cuûa
khieát ôû aùp suaáp 1 atm. t 0C nöôùc tinh khieát ôû aùp suaát 1 atm
töông öùng laø : 32 0 F 212 0 F
- Nhieät giai Kelvin :
t 0 c T 0 F − 32
=
T = tC0 + 273,16 ( K ) 100 180
t C = (T F − 32 ) T F = ( t C + 32 )
0 5 0 0 9 0
9 5
- Hình (1.1):
Töông quan giöõa aùp suaát vaø
nhieät ñoä ñoái vôùi 3 loïai khí
khaùc nhau.
Nhaän xeùt
Vôùi moïi loïai khí,ñöôøng ngoïai suy P→0 vôùi moïi
loïai khí ñeàu gaëp nhau taïi -273,15 0 C.
- 2. Phöông trình traïng thaùi khí lyù töôûng
f (P,V,T ) = 0
PV (1.1)
= const
T
Vôùi 1 kmol khí : Vôùi m (kg) khí :
V0 = 22, 4m3 N A = 6, 023.1026 pt :khoái löôïng cuûa 1 kmol
M
Trong ñieàu kieän tieâu chuaån:p=1 atm;00 C ( kmol )
PV (1.2) M (1.3)
=R PV = RT
T
Joule J
R = 8,31.10
3
= 8,31
Haèng soá khí lyù töôûng : kmol . K mol .K
at.m3 lit.at
0, 0848 = 0, 0848
kmol .K mol .K
- N : Toå soá phaân töû chöùa trong khoái khí
NA : Soá phaân töû trong 1 kmol.
N M M N
= PV = RT = RT
NA NA
R : Haèng soá Bolzman
= kB
NA
PV = Nk BT (1.4)
N (1.5)
P = k BT = nk BT
V
8,31.103 ( J / Kmol.K )
kB = = 1,38.10 −23
(J / K)
6, 02310.10 (1/ Kmol )
3
- PV
= const
T
Caùc tröôøng hôïp rieâng : Caùc ñònh luaät thöïc nghieäm.
T = const V = const
P = const
P
PV = const V
= const = const
Boyle- T T
Mariotte(1669) Gay-Lussac(1802) Charles
1
= (1/ do ) : Heä soá daõn nôû nhieät,cho moïi chaát khí
273
V t 0C = V 00 C (1 + t ) P 0C = P 0 0C (1 + t )
( ) ( )
( ) ( )
V T 0 K = V 00 C . T 0 K T 0 K P K = P 0 C . .T K T 0K
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
0 0 0
( )
- b / Ñöôøng ñaúng aùp(Gay Lussac
V
P1
P1 P2
P2
( a) O T
(b)
a/Ñöôøng ñaúng nhieät ,coù daïng P
Hypecbol. V1
V1 V2
V2
c/ Ñöôøng ñaúng tích (Charles).
O T
(c)
- MỘT SỐ VÍ DỤ - NHIỆT HỌC
Câu 1. Moät khoái khí ñöôïc nhoát trong moät xilanh vaø pittoâng ôû aùp
suaát 1,5.105 Pa. Neùn pittoâng ñeå theå tích coøn 1/3 theå tích ban ñaàu(
neùn ñaúng nhieät). Aùp suaát cuûa khoái khí trong bình luùc naøy laø bao
nhiêu?
ĐS : 45.10 4 Pa ( T2 = T1 )
Câu 2. Bôm khoâng khí coù aùp suaát p =1at vaøo moät quaû boùng coù
dung tích boùng khoâng ñoåi laø V=2.5 lít Moãi laàn bôm ta ñöa ñöôïc
125cm3 khoâng khí vaøo trong quaû boùng ñoù.Bieát raèng tröôùc khi bôm
boùng chöùa khoâng khí ôû aùp suaát 1at vaø nhieät ñoä không ñoåi.Sau khi
bôm 12 laàn,aùp suaát beân trong quaû boùng laø bao nhiêu ?
Đs: 1,6 atm
- MỘT SỐ VÍ DỤ - NHIỆT HỌC
Câu 4. Moät löôïng khí coù aùp suaát lôùn ñöôïc chöùa trong moät bình
coù theå tích khoâng ñổi. Neáu coù 50% khối lượng khí ra khoûi bình
vaø nhieät ñoä tuyeät ñoái cuûa bình taêng theâm 50% thì aùp suaát khí
trong bình thay ñoåi nhö theá naøo? Đs : 0,75p
Câu 5: Có 1g ôxy ở áp suất 3at sau khi hơ nóng đẳng áp, nó
chiếm thể tích 1 lít. Tìm nhiệt độ sau khi hơ nóng. Coi khi oxy là
khí lý tưởng. R=8,31 J/mol.K .
Đs: 1155K
Câu 6. Moät bình chöùa khí ôû 300K vaø aùp suaát 2.105Pa, khi taêng
nhieät ñoä leân gaáp ñoâi thì aùp suaát trong bình laø bao nhieâu?
ĐS : 4.105 Pa
- 3. Thuyết động học phân tử khí lý tưởng
a. Các phân tử trong chất khí
Các phân tử chất khí luôn chuyển động hỗn loạn không ngừng, nhiệt
độ càng cao các phân tử chuyển động càng nhanh.
b. Thuyết động học phân tử
-Các chất khí cấu tạo gián đoạn và bao gồm một số rất lớn các phân tử
-Các phân tử chuyển động hỗn loạn. Khi chuyển động chúng va chạm
vào nhau và va vào thành bình chứa.
-Độ lớn chuyển động biểu hiện ở nhiệt độ của khối khí. Chuyển động
phân tử càng mạnh thì nhiệt độ càng cao. Nhiệt độ tuyệt đối tỉ lệ với
động năng trung bình của phân tử.
-Kích thước các phân tử rất nhỏ so với khoảng cách. Bỏ qua kích
thước của phân tử.
-Các phân tử không tương tác trừ trường hợp chúng va chạm. Sự va
chạm tuân theo quy luật va chạm đàn hồi.
- c. Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử
Giả sử có N phân tử trong hộp có hình khối hộp các cạnh lx, ly, lz .
v = vx2 + v y2 + vz2 ; t =
2lx Động lượng theo phương x thay đổi một
vx lượng 2mvx. Ta có:
2mvx 2mvx mvx2 Fx mvx2 mvx2 mv y2 mvz2
Fx = = = px = = = ; py = ; pz =
t 2lx lx l y lz lxl y lz V V V
vx mvx21 mvx22 mvxN 2
m 2
Px = px1 + px 2 + ... + pxN = + + ... +
2 2
= (vx1 + vx 2 + ... + vxN )
V V V V
Nm 2 (vx21 + vx22 + ... + vxN
2
)
Px = vx ; vx =
2
V N
Nm 2 Nm 2 Áp suất gây trên mọi phương
→ Py = v y ; Pz = vz
V V là như nhau nên:
Nm 2 Nm 2 Nm 2
Px = Py = Pz = P → vx = vy = vz
V V V
vx2 = v y2 = vz2
- c. Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử
2
vx2 + v y2 + vz2
(Vận tốc của một hạt
v
v 2 = vx2 + v y2 + vz2 → = nói chung)
N N
→ v12 = vx21 + v y21 + vz21
v12 + v22 + ... + vN2 vx1 + v y1 + vz1 + vx 2 + v y 2 + vz 2 + ... + vxN + v yN + vzN
2 2 2 2 2 2 2 2 2
=
N N
vx21 + vx22 + ... + vxN
2
+ v y21 + v y22 + ... + v yN
2
+ vz21 + vz22 + ... + vzN
2
N
vx21 + vx22 + ... + vxN
2
v y21 + v y22 + ... + v yN
2
vz21 + vz22 + ... + vzN
2
= + +
N N N
1
v 2 = vx2 + v y2 + vz2 = 3 vx2 → vx2 = v 2
3
Nm 2 1 Nm 2 1
P = Px = vx = v = v2
V 3 V 3
- d. Động năng
1 2 1 2 1
Ed = mv1 + mv2 + ... + mvN2
2 2 2
1 v12 + v22 + ... + vN2 1
= Nm( ) = Nm v 2
2 N 2
1 Nm 2 1
matkhac(theolythuyet ) : p = v pV = Nm v 2 1
3 V 3 Nm v 2
= nRT
(theothucnghiemPTTTKLT ) : pV = nRT 3
1 3nRT 3nRT 3RT 1 3
Nm v 2 = 3nRT m v 2 = = = m v 2 = k BT
2 2N 2nN A 2 N A 2 2
Nếu xem động năng tịnh tiến trung bình có giá trị như
trên thì thực nghiệm và lý thuyết trùng nhau.
N 2 3
n= p = nEd Ed = k BT
V 3 2
- Luật phân bố điều năng lượng theo các bậc tự do
Qui ước bậc tự do Vậy bậc tự do chỉ nhận
- Phân tử khí 1 nguyên tử i = 3 các giá trị i=3, 5 và 6
- Phân tử khí 2 nguyên tử i = 5
- Phân tử khí 3 nguyên tử trở lên i = 6.
- Mỗi bật tự do của phân tử khí có năng lượng 0,5 kBT
i
- Phân tử khí có bật tự do là i thì năng lượng là k BT
2
Nội năng của khối khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ
của khối khí ấy theo công thức:
M i
U= RT
2 U =
M i
RT
2
Độ biến thiên nội năng
T = T2 − T1
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
