Giáo trình Vật lý đại cương: Phần 2 - ĐH Sư phạm kỹ thuật Nam Định

Tiếp nội dung phần Cơ học, phần Nhiệt học gồm các chương: Mở đầu; Nguyên lý thứ nhất nhiệt động học; Nguyên lý thứ hai nhiệt động học. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm chi tiết nội dung giáo trình!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Vật lý đại cương: Phần 2 - ĐH Sư phạm kỹ thuật Nam Định PHẦN 2. NHIỆT HỌC Trong phần cơ học ta đã nghiên cứu dạng chuyển động cơ. Khi nghiêncứu chuyển động đó ta chưa chú ý đến những quá trình xảy ra bên trong vật,chưa xét đến những quá trình liên quan đến cấu tạo của vật. Ta cũng đã biết một vật được cấu tạo bởi vô số các phân tử chuyểnđộng hỗn loạn không ngừng. Những hiện tượng „nhiệt‟ là những hiện tượngcó liên quan chặt chẽ đến chuyển động hỗn loạn của các phân tử. Vì vậychuyển động hỗn loạn của các phân tử còn gọi là chuyển động nhiệt. Nhiệt học là bộ môn nghiên cứu những hiện tượng dựa trên cơ sở là sựhiểu biết về cấu tạo của vật chất. Đối tượng nghiên cứu là một hệ gồm một sốrất lớn các phân tử chuyển động. Nhiệm vụ của nó là nghiên cứu mối liên hệgiữa những tính chất vĩ mô của một hệ vật chất ( VD: T, p, …) với những tínhchất và định luật chuyển động của các phân tử cấu tạo nên hệ đó. Để nghiên cứu chuyển động nhiệt người ta dùng các phương phápthống kê và phương pháp nhiệt động. Phương pháp thống kê: Phương pháp này phân tích quá trình xảy ra đốivới từng phân tử, nguyên tử riêng biệt cấu tạo nên vật, rồi dựa vào các quyluật thống kê để tìm quy luật chung cho cả tập hợp phân tử và các tính chấtcủa vật. Phương pháp nhiệt động: Là phương pháp dựa trên cơ sở là nhữngnguyên lý cơ bản rút ra từ thực tiễn để giải thích các hiện tượng nhiệt màkhông chú ý đến cấu tạo phân tử của vật. Phương pháp này nghiên cứu cáchiện tượng trên quan điểm về sự biến đổi năng lượng trong các hiện tượng đó. 124 Chương 1. MỞ ĐẦU1.1. THÔNG SỐ TRẠNG THÁI VÀ PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI.ÁP SUẤT VÀ NHIỆT ĐỘ1.1.1.Thông số trạng thái và phương trình trạng thái Khi ta nghiên cứu một vật và thấy tính chất của vật thay đổi ta nói trạngthái của vật đã thay đổi. Trạng thái của vật được xác định bởi một tập hợp cáctính chất, mỗi tính chất lại được đặc trưng bởi một đại lượng vật lý. Như vậytrạng thái của một vật được xác định bởi một tập hợp xác định các đại lượngVật lý. Các đại lượng này gọi là các thông số trạng thái của hệ. Hệ thức giữa các thông số trạng thái của một vật gọi là phương trìnhtrạng thái của vật đó. Ví dụ. Để xác định trạng thái của một khối khí ta có ba thông số trạng thái đólà: áp suất p, thể tích V, nhiệt độ tuyệt đối T. Ba thông số trên gọi là các thôngsố nhiệt. Thực nghiệm chứng tỏ rằng trong ba thông số đó chỉ có hai thông sốđộc lập, nghĩa là tìm được phương trình trạng thái dạng tổng quát của mộtkhối khí: f  p,V ,T   0 (1.1)1.1.2. Khái niệm áp suất và nhiệt độ.a, Áp suất Áp suất là đại lượng vật lý có giá trị bằng lực nén vuông góc lên mộtđơn vị diện tích. F p (1.2) S Còn đối với chất khí, áp suất chất khí là lực mà các phân tử khí là lựcmà các phân tử khí tác dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích thành bình. 125 Đơn vị của áp suất:  Trong hệ SI là N / m2 hay Paxcan (Pa).  Ngoài ra còn có các đơn vị khác: at, atm, mmHg, tor, bar. - Atmôtphe vật lý (at): 1at  9,81.104 N / m2  736mmHg , - Atmôtphe kĩ thuật (atm): 1atm  1,033at  1,013.105 N / m2 .b, Nhiệt độ Nhiệt độ là một trong những khái niệm cơ bản của Vật lý phân tử vànhiệt học. Nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho tính chất vĩ mô của vật, thểhiện mức độ nhanh chậm của chuyển động hỗn loạn của các phân tử cấu tạonên vật. Để có thể định nghĩa nhiệt độ một cách định lượng, chúng ta cần cómột thang đo và gán cho thang đó các con số khác nhau ứng với mức độ nónglạnh khác nhau. Dụng cụ để đo nhiệt độ gọi là nhiệt kế. Hai thang nhiệt độ được sử dụng phổ biến trong Vật lý là:  Thang nhiệt độ Celcius (thang nhiệt độ bách phân) Trong thang nhiệt độ này, nhiệt độ bắt đầu sự đóng băng của của nướctinh khiết được quy ước là 0 oC còn nhiệt độ sôi của nước ở 760mmHg đượcgán cho giá trị 100 oC . Sử dụng nhiệt kế thủy ngân, thì độ chênh lệch độ cao cột thủy ngânđược chia làm 100 vạch (nên có tên gọi là thang nhiệt bách phân 100 phần),mỗi vạch ứng với 1oC trong thang nhiệt độ Celcius. Trong thang nhiệt độ Celcius nhiệt độ có thể âm, bằng không, dương. Nhiệt độ thấp nhất trong thang Celcius bằng 273,16 oC . Kí hiệu nhiệt độ trong thang Celcius là t oC  Thang nhiệt độ Kelvin (thang nhiệt độ tuyệt đối). Trong thang nhiệt độ này, nhiệt độ của vật được kí hiệu là: T K. 126 Một độ chia trong thang Kelvin cũng bằng một độ chia trong thangCelcius, nhưng không độ tuyệt đối 0K trong thang Kelvin thì tương ứng với-273,16oC trong thang nhiệt Celcius. Khi T  0K các phân tử ngừng chuyểnđộng nhiệt hỗn loạn. Vậy trong thang độ Kelvin không có nhiệt độ âm. Do đóthang nhiệt độ này còn được gọi là thang nhiệt độ tuyệt đối. Mối liên hệ giữa thang nhiệt độ Kelvin và thang nhiệt độ Celcius: TK  273,16  t oC . (1.3) Trong tính toán đơn giản ta thường lấy: TK  273  t oC .1.2. CÁC ĐỊNH LUẬT THỰC NGHIỆM VỀ CHẤT KHÍ Các định luật thực nghiệm ta tìm hiểu trong bài này là định luật Boiler–Mariot, định luật Gay – Lussac. Đây là các định luật được tìm ra nhờ conđường thực nghiệm. Cụ thể người ta xét quá trình biến đổi trạng thái của mộtkhối khí nhất định trong đó một thông số có giá trị được giữ không đổi. Quátrình đó gọi là đẳng quá trình. Chúng ta có ba đẳng quá trình đó là đẳng nhiệt,đẳng tích và đẳng áp được nghiên ...