Giáo trình Vật lý phân tử và nhiệt học: Phần 1

Giáo trình "Vật lý phân tử và nhiệt học: Phần 1" có nội dung trình bày về: phương trình trạng thái lí tưởng, định luật chất khí lí tưởng, trạng thái chất khí lí tưởng, quy luật chuyển động nhiệt, cấu tạo phân tử các chất,... Đồng thời cung cấp một số bài tập về các định luật chất khí, phương trình trạng thái và nguyên lí I NĐLH. Mời thầy cô và các em cùng theo dõi chi tiết giáo trình tại đây nhé.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Vật lý phân tử và nhiệt học: Phần 1 vËt lý ph©n tö vµ nhiÖt häc VËt lÝ ph©n tö vµ nhiÖt häc b¾t ®Çu tõ viÖc nghiªn cøu quy luËt chuyÓn ®éng nhiÖt cña c¸c ph©n tö. Trªn c¬ së chuyÓn ®éng nhiÖt c¸c ph©n tö ®ã, b»ng ph­¬ng ph¸p thèng kª hoÆc ph­¬ng ph¸p nhiÖt ®éng ng­êi ta cã thÓ nghiªn cøu vÒ tr¹ng th¸i cña tËp hîp rÊt lín c¸c ph©n tö (gäi lµ hÖ nhiÖt ®éng). §Æc tr­ng cho tr¹ng th¸i cña mét hÖ nhiÖt ®éng lµ c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i, quy luËt vÒ sù biÕn ®æi c¸c th«ng sè nµy cho phÐp ta x¸c ®Þnh ®­îc quy luËt chuyÓn ho¸ n¨ng l­îng cña hÖ. Ch­¬ng I: Ph­¬ng tr×nh tr¹ng th¸i khÝ lý t­ëng  Môc ®Ých ch­¬ng: N¾m v÷ng néi dung vµ øng dông mét sè ®Þnh luËt thùc nghiÖm vÒ chÊt khÝ lý t­ëng: B«i - Marièt, S¸cl¬, Gayluýtx¾c. N¾m v÷ng néi dung vµ øng dông ph­¬ng tr×nh tr¹ng th¸i khÝ lý t­ëng trªn c¬ së më réng hÖ thøc P,V,T cña chÊt khÝ.  Yªu cÇu: ¸p dông c¸c ®Þnh luËt ®Ó gi¶i thÝch c¸c hiÖn t­îng vÒ nhiÖt. N¾m v÷ng néi dung, c«ng thøc vµ ph¹m vi ¸p dông cña c¸c ®Þnh luËt c¬ häc ®Ó gi¶i quyÕt c¸c bµi to¸n cã néi dung thùc tÕ. C¸c ®Þnh luËt c¬ b¶n cña chÊt khÝ lý t­ëng. I. Th«ng sè tr¹ng th¸i. C¸c th«ng sè tr¹ng th¸i cña chÊt khÝ: Tr¹ng th¸i cña mét hÖ hoµn toµn ®­îc x¸c ®Þnh nÕu biÕt ®­îc c¸c ®Æc tÝnh cña hÖ: nãng hay l¹nh, ®Æc hay lo·ng vµ bÞ nÐn Ýt hay nhiÒu... Mçi ®Æc tÝnh nh­ vËy ®Òu ®­îc ®Æc tr­ng b»ng mét ®¹i l­îng vËt lý bao gåm: nhiÖt ®é, thÓ tÝch, khèi l­îng, ¸p suÊt. Nh÷ng ®Æc tr­ng kÓ trªn ®­îc gäi lµ c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i cña chÊt khÝ. 1. ¸p suÊt.  §Þnh nghÜa: §¹i l­îng vËt lý ®­îc x¸c ®Þnh b»ng lùc t¸c dông vu«ng gãc lªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch. F  BiÓu thøc: P Víi F: C­êng ®é lùc t¸c dông vu«ng gãc lªn diÖn tÝch S S N  §¬n vÞ: 2 ; at; mmHg; tor m  Quy ®æi c¸c ®¬n vÞ: 1at = 9,81.10 4 N/m2; 1mmHg = ¸p suÊt g©y bëi träng l­îng cña cét Hg cao 1mm 1at =736 mmHg ; 1mmHg =13,6 mmH2O Gi¶i thÝch: P Hg h1SDg PHg = mHg.g  P1    DHg g S S 1 PH2O PH = m H 2O .g  P2   h D H2O .g 2 2O S P h D h1D1  1  1 1 nÕu P1 = P2  h 2  P2 h 2 D 2 D2 hn­íc = hHg 13,6 -> hn­íc = 13,6 hHg (1) 1,0 + C¸ch x¸c ®Þnh ¸p suÊt tÜnh trong lßng chÊt láng Pkq 1  P1=PM h PM=PN=Pkq+h h M  N P1=Pkq+h   M PM=Pkq(mmHg)+hM(mmHg) . (h×nh1.1) (h×nh1..2 ) 2. NhiÖt ®é.  §Æc tr­ng cho møc ®é nãng hay l¹nh cña hÖ, b¶n chÊt cña nhiÖt ®é vËt thÓ lµ do chuyÓn ®éng nhiÖt hçn ®én.  X¸c ®Þnh nhiÖt ®é b»ng nhiÖt biÓu; Nguyªn t¾c cña nhiÖt biÓu lµ: ®o ®é biÕn thiªn cña mét ®¹i l­îng nµo ®Êy råi suy ra nhiÖt ®é. o  §¬n vÞ: t C lµ ®¬n vÞ nhiÖt ®é trong nhiÖt giai Xenxiuyt (b¸ch ph©n). ToK lµ nhiÖt ®é trong nhiÖt giai Kenvin (tuyÖt ®èi) (toC+273) =ToK trong nhiÖt giai Xenxiuyt th× 0oC th× P  0 trong nhiÖt giai Kenvin th× 0oK th× P = 0. C¸c ®Þnh luËt chÊt khÝ: (C¸c ®Þnh luËt diÔn t¶ mèi quan hÖ gi÷a c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i víi nhau) II. C¸c ®Þnh luËt thùc nghiÖm. 1. §Þnh luËt B«il¬ Marièt (VÒ mèi quan hÖ P vµ V khi T kh«ng ®æi)  Néi dung ®Þnh luËt: Trong qu¸ tr×nh ®¼ng nhiÖt, tÝch thÓ tÝch vµ ¸p suÊt cña mét khèi l­îng khÝ cã trÞ sè kh«ng thay ®èi.  BiÓu thøc ®Þnh luËt: P1V1 = P2V2 (VP = const)  §iÒu kiÖn ¸p dông: m kh«ng ®æi, T= const  §å thÞ: hä ®­êng ®¼ng nhiÖt lµ hä ®­êng hypecb«n trong hÖ trôc P,V. 2. §Þnh luËt Gayluytxac (mèi quan hÖ P vµ T khi V kh«ng ®æi)  Néi dung: Trong qu¸ tr×nh ®¼ng tÝch hÖ sè t¨ng ¸p suÊt  cña mäi chÊt khÝ ®Òu b»ng nhau vµ 1 cã trÞ sè   . 273 P  Po  BiÓu thøc:  t  Pt  Po (1  t ) (4.2) t Tõ ®ã cã thÓ biÓu diÔn thµnh c¸c d¹ng kh¸c theo nhiÖt ®é tuyÖt ®èi T nh­ sau: Pt  Po T P P P hoÆc c¸ch kh¸c : 1  2   const (4.3) T1 T2 T 2  V  const  §iÒu kiÖn ¸p dông:  m  const  §å thÞ: Hä ®­êng ®¼ng tÝch lµ nh÷ng ®­êng th¼ng ®i qua gèc to¹ ®é vÏ trong hÖ P, T hoÆc nh÷ng ®­êng th¼ng kh«ng qua gèc to¹ ®é c¾t trôc tung t¹i P0 vµ trôc hoµnh t¹i -273o C vÏ trong hÖ to¹ ®é P,t. 3. §Þnh luËt S¸c l¬ (mèi quan hÖ V vµ T khi P kh«ng ®æi)  Néi dung ®Þnh luËt: Trong qu¸ tr×nh ¸p suÊt kh«ng ®æi, hÖ sè t¨ng thÓ tÝch  cña mäi chÊt khÝ 1 ®Òu b»ng nhau vµ cã trÞ sè   . 273 Vt  Vo  BiÓu thøc:   Vt  Vo (1   t ) (4.4) t Tõ ®ã ...