Chương 4: Hệ nhiệt động học - Môn Vật lý đại cương

Tham khảo tài liệu chương 4: hệ nhiệt động học - môn vật lý đại cương, khoa học tự nhiên, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 4: Hệ nhiệt động học - Môn Vật lý đại cương Chương 4 H NHI T ð NG§4.1. M T S KHÁI NI M4.1.1.H nhi t ñ ng - H nhi t ñ ng là m t t p h p các v t th (hay nguyên t , phân t ,…) gi i h n trongm t không gian xác ñ nh. Ví d : H khí gi i h n trong m t bình ch a, h các thiên th trong m t không giannh t ñ nh c a vũ tr , cơ th sinh v t cũng có th coi là m t h nhi t ñ ng. - Phân lo i: Có th chia h nhi t ñ ng thành: + H nhi t ñ ng cô l p: Là h không tương tác v i bên ngoài, do v y không có s traoñ i năng lư ng và v t ch t v i môi trư ng xung quanh. Ví d : Nư c trong m t phích kín, cách nhi t t t. .v n + H nhi t ñ ng kín: Là h không trao ñ i v t ch t mà ch trao ñ i năng lư ng v i môitrư ng xung quanh. 4 h Ví d : Nư c trong m t phích kín, nhưng phích cách nhi t kém.quanh. o c2 + H nhi t ñ ng m : Là h có trao ñ i c v t ch t và năng lư ng v i môi trương xung ih Ví d : M t c c nư c nóng ñ ngoài không khí s có trao ñ i c v t ch t và năng lư ngv i không khí. V u4.1.2. H khí lý tư ng - Ta xét m t h nhi t ñ ng là h khí lý tư ng, ñó là h khí có các tính ch t sau: + Kích thư c (hay ñư ng kính) các phân t vô cùng nh , ñ n m c có th coi m i ph nt như m t ch t ñi m. + Các phân t luôn chuy n ñ ng t nh ti n h n lo n, chúng va ch m v i nhau và v ithành bình ch a m t cách ng u nhiên, làm cho v n t c c a phân t b thay ñ i. + Các phân t không tương tác v i nhau (tr lúc va ch m). + Va ch m c a phân t v i nhau và v i thành bình là va ch m ñàn h i, t c là tuân theoñ nh lu t b o toàn ñ ng lư ng và năng lư ng. Nh ng gi thuy t trên v khí lý tư ng cũng là n i dung cơ b n c a thuy t ñ ng h cphân t . 46 - Trong th c t , m t h khí th c ñi u ki n nhi t ñ và áp su t bình thư ng cũng cóm t ñ phân t r t nh , do v y kích thư c phân t r t nh so v i kho ng cách trung bình gi acác phân t , nên có th coi g n ñúng là m t h khí lý tư ng.§4.2. M T S QUY LU T PHÂN B C A H KHÍ M c dù h khí g m m t s l n các phân t chuy n ñ ng h n lo n, có s phân b r tph c t p, tuy nhiên ngư i ta cũng ñã tìm ñư c m t s quy lu t cơ b n v phân b c a chúng.4.2.1 Quy lu t phân b theo không gian - Trư c h t ta xét ví d vê s phân b c a m t h khí g m 4 phân t cùng lo i, ch atrong th tích V , ñư c chia tư ng tương thành 2 ngăn A và B. Ta ñ t tên các phân t làa,b,c,d thì s có 16 cách phân b như b ng : - M i s phân b ng v i m t tr ng thái nào ñó. N u chú ý ñ n ñ c ñi m riêng c at ng phân t (như v n t c, ñ ng năng,...) thì ta có 16 cách phân b và tương ng có 16 tr ngthái, g i là tr ng thái vi mô. .v n Th c ra các phân t hoàn toàn gi ng nhau, nên ch có th phân bi t ñư c tr ng thái mà 4 hm i ngăn có bao nhiêu phân t và s ch phân bi t ñư c 5 trang thái, g i là tr ng thái vĩ mô. Kh năng xu t hi n m t tr ng thái vĩ mô nào ñó ph thu c s tr ng thái vi mô có trong c2m i tr ng thái vĩ mô ñó. T ví d trên ta thây, tr ng thái vĩ mô có phân b phân t ñ ng ñèutheo không gian, có kh năng xu t hi n nhi u hơn các tr ng thái phân b không ñ ng ñ u. Khi ih os phân t c a h càng l n thì s chênh l ch ñó càng l n, t c là h u như ch g p tr ng tháiphân b ñ ng ñ u và tr ng thái phân b không ñ ng ñ u h u như không s y ra. u Rõ ràng tr ng thái phân b ñ ng ñ u nh t cũng là tr ng thái phân b h n lo n nh t. V - Như v y, m t h khí cô l p ch a trong m t th tích không gian nh t ñ nh thì chuy nñ ng h n lo n c a các phân t có xu hư ng làm cho chúng chi m toàn b không gian giànhcho nó và m t ñ phân t khí s ñ ng ñ u trong toàn không gian ñó. N u ban ñ u h khí có s phân b không ñ ng ñ u theo không gian thì xu hư ng v nñ ng t nhiên s ñưa h ñ n phân b ñ ng ñ u. Khi h ñã ñ t phân b ñ ng ñ u theo khônggian thì kh năng h t tr v tr ng thái phân b không ñ ng ñ u ban ñ u là r t nh và h unhư không x y ra. - ð ñánh giá m t cách ñ nh lư ng v m c ñ h n lo n, m c ñ ñ ng ñ u trong phânb theo không gian, ngư i ta ñưa ra ñ i lư ng g i là g i là tr ng s th ng kê W, ñư c xácñ nh b ng s tr ng thái vi mô có trong m t tr ng thái vĩ mô. ví d trên ta có 4 phân t vàchia tư ng tư ng thành m = 2 ngăn khi ñó: W(0,4) = W(4,0) = 1; W(1,3) = W(3,1) = 4; W(2,2) = W(2,2) = 6 47 S ...