Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 17: Khí thực và chuyển pha

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 17: Khí thực và chuyển pha

1. Ch−ơng 17 Khí thực vμ chuyển pha
2. Đ1. Ph−ơng trình trạng thái của khí thực •Ph−ơng trình trạng thái Clapayron-Medeleev đối với 1 mol khí lý t−ởng: pV=RT (Các phân tử không kích th−ớc, không t−ơng tác) •Thựctếphân tử khí có kích th−ớc ~3.10-8cm chiếm thể tích ~1,4.10-23cm3 chiếm 1/1000 thể tích khối khí • thay V bằng V-b; b -cộng tích m3/mol để ý đến thể tích do các phân tử chiếm â p(V-b)=RT • Thực tế có t−ơng tác giữa các phân tử â nội áp pi bổ chính vμoáp suất:
3. pi~n0 mật độ hạt lớp I vμ pi~n0 lớp II II I N a ->p ~n 2 => p ~ ()2 ⇒ i 0 i V 2 4 2 V RT a-N.m /mol (phụ thuộc p = − p bản chất chất khí) V− b i a pi lμm ‚ Một mol khí thực:+p()( V2 − b ) = RTp giảm m V ƒ m kg khí v = V m μ μ lμ số mol vμ V = v thực: 2 μ m a m m m p( + )( v− )b = RT μ2v 2 μ μ a, b lμ các hằng số phụ thuộc vμochấtkhí(tra bảng Trang 192 sách bμi tập) áp suất cμng cao thì ảnh h−ởng của nội áp vμ cộng tích cμng rõ.
4. Đ2.Đ−ờng đẳng nhiệt lý thuyết Van-der-Waals vμ đ−ờng đẳng nhiệt thực nghiệm Andrews 1. đ−ờng đẳng nhiệt lý p thuyết T>T p K K • Khi T=T đ−ờng có điểm uốn K K T K (tới hạn) tại p ,V - tiếp tuyến K K K T TK đ−ờng đẳng nhiệt giống của khí lý t−ởng (hypecbol). •KhiT<TK đ−ờng đẳng nhiệt có đoạn lồi lõmkhácvớicủakhílýt−ởng
5. RT a Tính các giá trị tới hạn p = − V− b V2 d2 p 2 RT 6 a VK RT a 2 = 0 − =0 = dV 3 4 3 3 ( VK − b )VK 3 ( VK − bV ) K dp RT 2 a = 0 − 2+3 =0 dV ( VK − b )VK a 8 a V= 3 b ; = p ; T = 0 K K 272 b K 27 bR 27 R2 2 T RT a = K ; b= K 64K P 8 PK
6. 2.Đ−ờng đẳng nhiệt thực nghiệm Andrews Nén đẳng nhiệt khí CO2 tại T p TK T>T khác nhau D K •T>TK không thể hoá lỏng-> 4 K 1 giống hypecbol nh− khí LT C 3 B 2 •T->T thì BC->K. T = 304K, AT TK không thể hoá lỏng; 2- T<TK khí có thể hoá lỏng; 3- Hơi bão hoμ; 4- Khí hoá lỏng;
7. 3. So sánh đ−ờng đẳng nhiệt lý thuyết Van-der-Waals vμ đ−ờng đẳng nhiệt thực nghiệm Andrews: Ph−ơng trình Van-der-Waals cho đ−ờng đẳng nhiệt của khí thực trừ trạng thái hơi bão hoμ: • T>TK giống nhau; • TK giống nhau: Cùng có điểm tới hạn K với tiếp tuyến song song với OV • T<TK Khác nhau chỗ lồi lõm vμ vùng hơi bão hoμ, nh−ng nếu khí sạch trên đ−ờng thực nghiệm có đoạn chậm hoá lỏng vμ chậm bay hơi giống một đoạn của lý thuyết • ứng dụng: Hoá lỏng khí ở T<TK vμ p cao
8. Đ3.Nội năng của khí thực, hiệu ứng Joule-Thompson 1. Nội năng ủac UWWWW=dn +tn =∑ dnj ∑ + tnj khí thực: j j m i Động năng: ∑ Wdnj = RT j μ 2 δA - ôngc do nội áp p a i i Aδ = p dV = dV của phân tử gây ra dV: i i V2 ∞ ∞ a a WW− =A δ = dV= − tn ( V )∞ tn (∫ ) i ∫ 2 V V V V Vậy nội năng khí m i m2 a U = RT − thực: U=U(T,V) μ 2 μ2 V
9. 2. Hiệu ứng Joule-Thompson Lμ hiện t−ợng nhiệt độ của khí thực thay đổi khi giãn nở đoạn nhiệt vμ không trao đổi công với bên ngoμi (ΔT lμmlạnh, ΔT > 0 hiệu ứng âm) HƯ âm, d−ơng phụ thuộc vμo nhiệt độ xảy ra đối với khí cụ thể: HƯ d−ơng đối với H2 ở T<200K, He2 ởT<40K Trạng thái Trạng thái V1 V P2 2P2 P2 1(p1,V1,T1) P1P1P1P1 P2 2(p2,V2,T2)
10. Trạng thái đầu (p1,V1,T1) Trạng thái cuối (p2,V2,T2) 1, 2 -pit tông p1 1 V1 M2 p2 M-vách xốp p1 1M V2 2 p2 T1 T2 p1 > p2 ,V2>V1 •Khí ở bên trái M, 1 nén, 2 giãn. p1, p2 không đổi vμ p1> p2. Pit tông 1 ép sát M-> V’1=0 Bên trái khối khí nhận công: A1=-p1(0-V1)=p1V1 Bên phải nhận công:A2=-p2(V2-0)=-p2V2 • Tổng công cả hệ nhận: A=A1+A2=0 • Nội năng: ΔU= Q+A=0 mμ U=U(T,V) ∂U ∂U dV>0 -> dT ΔT ≠ 0 . Giãn: V2>V1-> T1 ≠ T2-> ΔT = T2 -T1