Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 17: Khí thực và chuyển pha (PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn)

Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 17: Khí thực và chuyển pha cung cấp cho học viên những kiến thức về phương trình trạng thái của khí thực; đường đẳng nhiệt lý thuyết Van-der-Waals và đường đẳng nhiệt thực nghiệm Andrews; nội năng của khí thực, hiệu ứng Joule-Thompson; sự chuyển pha;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 17: Khí thực và chuyển pha (PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn) Ch−¬ng 17 KhÝ thùc vμ chuyÓn pha Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c−¬ng T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn ViÖn VËt lý kü thuËt Tr−êng §H B¸ch khoa Hμ néi §1. Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña khÝ thùc • Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i Clapayron-Medeleev ®èi víi 1 mol khÝ lý t−ëng: pV=RT (C¸c ph©n tö kh«ng kÝch th−íc, kh«ng t−¬ng t¸c) • Thùc tÕ ph©n tö khÝ cã kÝch th−íc ~3.10-8cm chiÕm thÓ tÝch ~1,4.10-23cm3 chiÕm 1/1000 thÓ tÝch khèi khÝ • thay V b»ng V-b; b -céng tÝch m3/mol ®Ó ý ®Õn thÓ tÝch do c¸c ph©n tö chiÕm © p(V-b)=RT • Thùc tÕ cã t−¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö © néi ¸p pi bæ chÝnh vμo ¸p suÊt: pi~n0 mËt ®é h¹t líp I vμ pi~n0 líp II II I N 2 a ->pi~n0 => p i ~ ( ) ⇒ 2 2 V V a-N.m /mol (phô thuéc p = RT − p 4 2 V−b i b¶n chÊt chÊt khÝ) p i lμm a ‚ Mét mol khÝ thùc:( p + 2 )( V − b) = RT p gi¶m m V ƒ m kg khÝ v = V m lμ sè mol vμ V = v μ thùc: μ 2 μ m m a m m ( p + 2 2 )( v − b) = RT μ v μ μ a, b lμ c¸c h»ng sè phô thuéc vμo chÊt khÝ (tra b¶ng Trang 192 s¸ch bμi tËp) ¸p suÊt cμng cao th× ¶nh h−ëng cña néi ¸p vμ céng tÝch cμng râ. §2.§−êng ®¼ng nhiÖt lý thuyÕt Van-der-Waals vμ ®−êng ®¼ng nhiÖt thùc nghiÖm Andrews 1. ®−êng ®¼ng nhiÖt lý p thuyÕt T>TK pK K • Khi T=TK ®−êng cã ®iÓm uèn TK K (tíi h¹n) t¹i pK,VK- tiÕp tuyÕn TTK ®−êng ®¼ng nhiÖt gièng cña khÝ lý t−ëng (hypecbol). • Khi T TÝnh c¸c gi¸ trÞ tíi h¹n RT a p= − 2 2 V−b V d p 2 =0 2 RT 6a − 4 =0 VK RT a = 3 dV ( VK − b) 3 VK 3( VK − b) 3 VK dp RT 2a =0 − + 3 =0 dV ( VK − b) 2 VK a 8a V0 K = 3b; p K = 2 ; TK = 27b 27bR 2 2 27 R TK RTK a= ;b = 64 PK 8PK 2.§−êng ®¼ng nhiÖt thùc nghiÖm Andrews NÐn ®¼ng nhiÖt khÝ CO2 t¹i T p T kh¸c nhau K T>TK D • T>TK kh«ng thÓ ho¸ láng-> 4 K 1 gièng hypecbol nh− khÝ LT C 3 B 2 TTK th× BC->K. TK= 304K, A K VC VK VB V pK= 73at VK=9,6.10-5m3/mol láng khÝ KhÝ+h¬i TTK kh«ng thÓ ho¸ láng; 2- T 3. So s¸nh ®−êng ®¼ng nhiÖt lý thuyÕt Van-der-Waals vμ ®−êng ®¼ng nhiÖt thùc nghiÖm Andrews: Ph−¬ng tr×nh Van-der-Waals cho ®−êng ®¼ng nhiÖt cña khÝ thùc trõ tr¹ng th¸i h¬i b·o hoμ: • T>TK gièng nhau; • TK gièng nhau: Cïng cã ®iÓm tíi h¹n K víi tiÕp tuyÕn song song víi OV • T §3.Néi n¨ng cña khÝ thùc, hiÖu øng Joule-Thompson 1. Néi n¨ng cña U = W + W = khÝ thùc: dn tn ∑W j dnj + ∑ Wtnj j m i §éng n¨ng: ∑W j dnj = μ 2 RT δAi- c«ng do néi ¸p pi a δA i = p i dV = 2 dV cña ph©n tö g©y ra dV: V ∞ ∞ a a Wtn ( V ) − Wtn ( ∞ ) = ∫ δA i = ∫ 2 dV = − V V V V 2 VËy néi n¨ng khÝ m i m a U= RT − 2 thùc: U=U(T,V) μ 2 μ V 2. HiÖu øng Joule-Thompson Lμ hiÖn t−îng nhiÖt ®é cña khÝ thùc thay ®æi khi gi·n në ®o¹n nhiÖt vμ kh«ng trao ®æi c«ng víi bªn ngoμi (ΔT lμm l¹nh, ΔT > 0 hiÖu øng ©m) H¦ ©m, d−¬ng phô thuéc vμo nhiÖt ®é x¶y ra ®èi víi khÝ cô thÓ: H¦ d−¬ng ®èi víi H2 ë TTr¹ng th¸i ®Çu (p1,V1,T1) Tr¹ng th¸i cuèi (p2,V2,T2) 1, 2 -pit t«ng p1 1 V1 M2 p2 M-v¸ch xèp p1 1M V2 2 p2 T1 T2 p1 > p2 ,V2>V1 •KhÝ ë bªn tr¸i M, 1 nÐn, 2 gi·n. p1, p2 kh«ng ®æi vμ p1> p2. Pit t«ng 1 Ðp s¸t M-> V’1=0 Bªn tr¸i khèi khÝ nhËn c«ng: A1=-p1(0-V1)=p1V1 Bªn ph¶i nhËn c«ng:A2=-p2(V2-0)=-p2V2 • Tæng c«ng c¶ hÖ nhËn: A=A1+A2=0 • Néi n¨ng: ΔU= Q+A=0 mμ U=U(T,V) ∂U ∂U dV>0 -> dTΔT ≠ 0 . Gi·n: V2>V1-> T1 ≠ T2-> ΔT = T2 - T1 • Kh«ng x¶y ra ®èi víi khÝ lý t−ëng • øng dông: x Lμm l¹nh: nÐn khÝ ë nhiÖt ®é phï hîp víi hiÖu øng d−¬ng vμ cho gi·n në trong c¸c èng kÝn. y Ho¸ láng khÝ ë T&p phï hîp.  Tù ®äc: §4. Sù chuyÓn pha: ‚ §Þnh nghÜa pha, chuyÓn pha ƒ ChuyÓn pha lo¹i I: Èn nhiÖt chuyÓn pha „ §iÒu kiÖn c©n b»ng 2 pha, 3 pha … Sè pha trong hÖ nhiÒu cÊu tö: Qui t¾c pha cña Gibbs: r ≤ n+2 † Ph−¬ng tr×nh Clapayron-Clausius: X¸c ®Þnh sù phô thuéc cña nhiÖt dT T ⇒ = ΔV ®é chuyÓn pha vμo ¸p suÊt: dP Q ý nghÜa, øng dông cña ph ...