Bài giảng Vật lý đại cương - Bài 4: Sự chuyển pha

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương - Bài 4: Sự chuyển pha

1. • Không xảy ra đối với khí lý t−ởng • ứng dụng: c Lμm lạnh, nén khí ở nhiệt độ phù hợp với hiệu ứng d−ơng vμ cho giãn nở trong các ống kín. y Hoá lỏng khí ở T&p phù hợp. Đ4. Sự chuyển pha 1. Khái niệm về chuyển pha: – ĐN: Pha lμ tập hợp các phần vĩ mô đồng tính (cùng tính chất) cùng tồn tại trong một hệ nhiệt động. 2 pha — Chuyển pha: Quá trình biến đổi H2O hơi hệ từ pha nμy sang pha khác. Hơi - H O 2 pha 2 > Lỏng ->Rắn
2. •Chuyển pha loại I: Thuận nghịch, có hấp thụ hoặc toả nhiệt, V vμ S thay đổi đột ngột: Đạo hμm bậc nhất của các hμm nhiệt động thay đổi đột ngột. • Chuyển pha loại II: V,U,S Biến đổi liên tục không có nội ma sát: Kim loại ↔Siêu dẫn: Đạo hμm bậc hai của các hμm nhiệt động thay đổi đột ngột: loại II ∂G ∂G T loại I S)(= ( vp μ V= )T ψN ∂T ∂p Tnc 2 ψ ∂ G S B B CT)p= −( p ac a ∂T 2 t(s)
3. Chuyển pha loại I Chuyển pha S loại II ∂G S S)= ( ∂T p T T 1 TT1 2 Cp C ∂ G p CT)p= −( p ∂T 2 TT1 T T ∂G 1 V= ( ) V V ∂p T TT T1 T 1
4. 2. điều kiện cân ằngb pha. Ph−ơng rìnht Clapeyron-Clausius a. Điều kiện cân bằng 2 pha: Chuyển p phaI pha xảy ra ở nhiệt độ vμ áp suất xác phaII định -> đ−ờng cân bằng giữa 2 pha: * T T1=T2; p1=p2. * dG=0 =>Số hạt hai pha n1+n2=n=const =>dn= dn1+dn2=0 2 dG= Vdp − +∑ SdTdni μ i 0 = i= 1 ( p ,μ1 T )= μ2 ( p , T ) dG= μ1 dn 1 + 2 μ dn 2 = 0
5. b. Điều kiện cân bằng 3 pha: Trạng thái Tới hạn p L T1=T2=T3; p1=p2=p3; μ1=μ2= μ3 p2 R K M ( pμ ,1 T ) =2 μ( p , TM Điểm ); p1 T T ( pμ ,1 T ) =3 (μ p , Tchập ); 3 c T =Tc: LK,RK vμ RL loại I không liên tục. T>Tc: chuyển pha LK liên tục, T<Tc: chuyển pha RK liên tục. c. Số pha trong hệ nhiều cấu tử: Gọi N lμ số nguyên/phân tử của cấu tử k trong )k( pha i. Nồng độ của pha thứ i lμ: )k( N i k=1,2,3 n cấu tử Ci = )k( ∑ N i i=1, 2,3, r pha k
6. )k( ∑Ci = 1Suy ra có (n-1)r nồng độ độc lập. k Số thông số độc lập (biến) của hệ lμ (n-1)r+2 (số 2 lμ của p,T) Số ph−ơng trình cân bằng lμ (r-1)n: )k( )k( )k( ( pμ , T )1 = ( μ p2 , T ) = n = μ ( p , T ) Qui tắc pha của Gibbs (n-1)r+2 ≥ (r-1)n (số biến ≥ số ph−ơng trình), hay: r ≤ n+2 2. ph−ơng trình Clapeyron-Clausius: Xác định sự phụ thuộc của nhiệt độ chuyển pha vμo áp suất Xét chu trình Carnot với chất lỏng vμ hơi bão hoμ của nó: p=const -> T= const
7. Vùng bão hoμ khí thực p Q T1=T2+dT dT 1 T−1 T2 =p( 1 p −2) p 1 T 2 p =p +dp dp 1 1 1 2 p2 4 T2 3 dV Công giãn đẳng nhiệt 12: ΔV A1=p1(V1-V2) V1V4 V2V3 V Công nén 34: A2=-p2(V4-V3)=-p2 (V1-V2) Công cả chu trình: A’=A1+A2=(p1-p2)(V1-V2) (Công giãn, nén đoạn nhiệt 23,41: δA23≈δA41≈0; δU≈0) 'A TT− dT( p(− p p ) p− )( V− V ) η =1 = 2 = 1 2 = 1 2 1 2 Q1 T1 dP T1 Q1
8. dT T dT T =1 V Δ ⇒ =V Δ dP Q1 dP Q Nhiệt độ chuyển pha T>0 dT ẩn nhiệt Q>0: nhiệttoảrahoặcthu ~Δ V vμo trong quá trình chuyển pha dP  Kết luận: Nhiệt độ chuyển pha tỷ lệ với áp suất. ứng dụng: trong nồi hơi, nồi áp suất, P cao nhiệt độ sôi cao ( đến 200oC) Trên núi cao P thấp, n−ớc sôi d−ới 100oC