Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 4: Các định luật thực nghiệm về chất khí

Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 4: Các định luật thực nghiệm về chất khí cung cấp cho người học các kiến thức về: thông số trạng thái, phương trình trạng thái, áp suất, nhiệt độ, nhiệt chuyển pha, các định luật thực nghiệm về chất khí,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 4: Các định luật thực nghiệm về chất khí Chương IVCÁC ĐỊNH LUẬT THỰCNGHIỆM VỀ CHẤT KHÍI. Một số khái niệm:1. Thông số trạng thái và PTTT. Để biểu diễn trạng thái của một khối khí nhất định, người ta dùng 3 thông số trạng thái : thể tích V, áp suất p và nhiệt độ T của khối khí. PT trạng thái của khối khí có dạng tổng quát f ( p, V, T) = 02. Áp suất: là một đại lượng vật lý có giá trị bằng lực nén vuông góc lên một đơn vị diện tích F p S F là lực nén vuông góc lên diện tích  S Đơn vị :• 1 N/m2 = 1Pa (Pascal)• 1 at = 9,81.104 N/m2• 1 atm = 1,013.105 N/m2• mmHg (tor) bằng áp suất tạo bởi trọng lượng cột thủy ngân cao 1mm• 1at = 736 mmHg = 9,81.104 N/m2• 1atm = 760 mmHg = 1,013.105 N/m23. Nhiệt độ: là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ chuyển động hỗn loạn phân tử của các vật. Trong thang nhiệt độ bách phân, nhiệt độ ký hiệu là 0C. Trong thang nhiệt độ tuyệt đối ( còn gọi là thang nhiệt độ Kelvin), nhiệt độ ký hiệu là K. Gọi T là nhiệt độ trong thang tuyệt đối, t là nhiệt độ trong thang bách phân, ta có công thức : T = t +273,16 Trong các tính toán đơn giản ta thường lấy: T = t + 2734. Nhiệt chuyển pha Khi một vật rắn hay lỏng hấp thụ nhiệt, nhiệt độ của nó không nhất thiết phải tăng lên mà nó có thể thay đổi trạng thái (pha) này sang trạng thái (pha) khác. * Khi chuyển từ pha lỏng sang pha khí ( vật phải thu nhiệt) hoặc từ khí sang lỏng (vật phải tỏa nhiệt) thì nhiệt lượng của quá trình biến đổi này gọi là nhiệt hóa hơi : Q = mLV. * Khi chuyển từ pha rắn sang pha lỏng ( vật phải thu nhiệt) hoặc từ lỏng sang rắn (vật phải tỏa nhiệt) thì nhiệt lượng của quá trình biến đổi này gọi là nhiệt nóng chảy: Q = mLfII. Các định luật thực nghiệm về chất khí: 1. Định luật Boilơ-Mariôt: Trong quá trình biến đổi đẳng nhiệt ( T = const) của một khối khí thì: pV  const2. Các định luật Gay-Lussac a)Trong quá trình biến đổi đẳng tích ( V = const ) của một khối khí thì p  const Tb)Trong quá trình biến đổi đẳng áp (p = const) của một khối khí thì: V  const T3. Định luật Dalton: Cho một hỗn hợp khí ở nhiệt độ T. Áp suất của hỗn hợp khí bằng tổng của những áp suất riêng phần n P   Pi i 1III. PTTT khí lý tưởng Khí lý tưởng là khí tuân hoàn toàn chính xác hai định luật Boiler-Mariotte và Gay-Lussac. Phương trình trạng thái KLT đối với một khối khí khối lượng m, khối lượng phân tử  , thể tích V, áp suất p : m pV  RT  J 3 J R  8,31  8,31.10 mol.K kmol.K là hằng số khí lý tưởngIV. Thuyết động học phân tử 1.Nội dung: Theo quan điểm của TĐH phân tử, một khối khí lý tưởng là một hệ gồm một số rất lớn các phân tử giống nhau, kích thước nhỏ không đáng kể, không tương tác với nhau (trừ khi va chạm), các phân tử này chuyển động hỗn loạn không ngừng và nếu không có tác dụng bên ngoài thì mật độ phân tử khí phân bố đồng đều và chuyển động của các phân tử hoàn toàn có tính đẳng hướng.2. PT cơ bản: Xét một phân tử khí chuyển động với vận tốc v1 theo phương x đập thẳng góc vào một diện tích S của thành bình. Trong trường hợp phân tử khí có cấu tạo đơn nguyên tử thì mọi phân tử khí có thể được biểu thị bằng một quả cầu nhỏ, khối lượng m. Sau va chạm phân tử khí bắn ra với vận tốc v2 , va chạm được giả thiết là hoàn toàn đàn hồi nên: V ∆t x   v1 v1  v2  vx v2 lý động• Áp dụng định  lượng:  mv2  mv1  f t f là lực tác dụng trung bình của thành bình lên phân tử khí, ∆t là thời gian va chạm trung bình. Chiếu lên trục x ta được: 2mvx mvx  mvx  f t  f   t Theo ĐL Newton III lực nén do phân tử khí tác dụng lên thành bình là: 2mvx f f  tTrong khoảng thời gian ∆t, số phân tử khíđập vào diện tích S của thành bình nằmtrong hình trụ đáy S, chiều cao vx ∆t. Gọinox là mật độ phân tử khí có vận tốc vx , sốphân tử chứa trong hình trụ trên bằngnox (vx ∆t.S). Vì trên phương x có 2 chiều chuyển độngngược nhau nên trong số nox phân tử, sốphân tử trung bình chuyển động theophương x đến đập vào thành bình chỉ bằngnox /2Vậy áp lực do số phân tử có vận tốc vx đến vachạm với thành bình là nox 2mvx f x (vx t.S )  nox mvx2 S ...