Vật lý cơ sở: Phần 2

Nội dung Tài liệu Vật lý cơ sở dùng cho cán bộ sinh học, y học, địa chất nhằm góp phần vào việc bồi dưỡng các kiến thức vật lý cần thiết dành cho cán bộ sinh học, địa chất học cũng như các bác sĩ ở nước ta, giúp các bạn đọc này có cơ sở để tiếp thu các thành tựu mới trong ngành của mình và như vậy thúc đẩy sự tiến độ khoa học kỹ thuật trong nước. Tài liệu gồm 2 phần, mời các bạn cùng tham khảo phần 2 sau đây.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Vật lý cơ sở: Phần 2 XX NĂNG LƯỢNG T ự DO VÀ THÉ NHIỆT ĐỘNG. CAC ÁP DỤNG TRONG HÓA HỌC 1 0 .1 . Nang lu ự n g tự do. Phù hợp vở i cảc đề nghị của các Hội qu6c tể vật lỷ và hóa iý, chủng ta sẽ gọi năny lượng tự do là hàm (tro n g các tác phằm cũ, thư ửng gọi là năng lượng khả dụng) : F = u — J T S (F là từ chữ Anh free) Cũng n h ư nội năng u và enlrôpi s , năng lư ợ n g tự do chì đ ư ợ c xác đ ịn h sai khác m ột hằng 8CÍ. Cảc biến đồi của năng lư ợ ng khả dụng đư ợ c đưa vào khi xél các bién đ ề i đẳrg nhiệt. T ừ nguyên lý th ử hai của n hiệt động học dư ở i d ạn g cồ đ iề n , ta suy ra rằn g khi mội hệ ỗr nhiệt độ kRông đ ô ich u y ễn từ trạng thái 1 san g trạn g thái 2, nỏ cung cấp m ột công cực đ ại nếu sự chuyẽn xảy ra thuận nghịch (đê chiVng m in h điều đó, lại cho đi từ Irạng Ihải 2 sang trạng Ihái 1 theò cảch th u ận nghịch là dủ : cỏ n g tô n g cộng sinh ra là âm đối với m ột cliu Irình đẳng n h iệt Ihục, b ẳn g k h ò n g đ ố iv ớ i chu Irinh đẳng n h iệt Ihuận nghịch). N hư vậy, khi hệ chuyền tứ 1 sang 2 m ộl cách đẳrỉg n hiệl và th u ận nghịch* công sinh rạ bẳrig độ giảm năng lượny tự do. T hực vậy, nếu n h iệí h ấ p thụ bỗfi hệ là Q và độ tăng e n trỏ p i ià AS, ta c ó : . / Vì r k h ô n g đô i, la CÓ; JQ*= A Ụ T S ) Nếu w là công bị hẩp thụ, Ja có . w = Aư - JỌ = A (í/ - JTS) = AF T óm f ẳ l : — Nội năng V là tồng của hai sổ hạng ; năng lư ợ ng tự do F và năng lượng liên két J T S trong m ột biến đôi đẳng n h iệt, khi độ giảm nội n ăn g đă cho là,AÍ/^ công sinh ra lổi đa bẳng A F, vồ n biệt lư ợng cung cấp lối thiêu bằng A(T5), cực đại và cực tiêu Dày cliỉ đ ạt được khi biến đồi là th u ậ n nghịch. 20.2. Đo năng IvựBg tự do dùng pin thuận nghịẽh. E a ta n p ỉ tụr de. Độ giảm uăng lư ợng lự do Irong .một phản ứ ng hóa học có thề đo Irự c liế p , nếu ta có th ề chế ra m ộ lp in thuậii nghịch trong đỏ phản ứ ng Iiày xảy r a . N ếu ỗ là th ế điện đ ộ n g của. pỉn này và 9 là điện lượng đi qua khi có phản ứ n g , côn Độ giẳm năng lượng lư do - A F bằng công toàn phàn sinh ra 6q - f ^ ( p v ) . Do đó la có : , A F = A(ơ - JTS) = - ổg - â^ipv) ỗq = — AG nếu đ ặ t : H àm này m à các biến th iê n của nó đ o Irực tiếp bẳng pin thuận nghịch đ ư ợ c gọi là năiig lượng tự do trong các sách lỷ sinh. Cách gọi này là m ột điều bấí h ạn h , vi H elm holtz và tất cả cảc nhà vật lý ngày nay đều gọi năng lư ợng tự do là hàm p = u — JTS, Sự lẫh lộn này là do ỏr cảc phản ứng sinh hóa nói chung xả} ra tro n g dung dịch, khòng có sự Ihay đối thề tích đảng kề, và vi thế s6 hạng (A/ỈU) nói cliung có th è bỏ qua. , N gười ta cũng sễ gọi G là enianpi tự do, vi hàm ư + po = H ỉk en tan p i (la dùng ký hiệu G, vì khải niệm entanpi tự do được Gíbbs đ ư a ra). 20.3. Th0 n h iệ t động. Chúng ta Irờ lại sự kiện lá trổng m ọi biển đồi th ự c dẳng nhiệl, cống do hệ cung cấp w nhỏ h ơ n đ ộ m ất m ál n ăn g lư ợ ng tự do — Ạ F . Giả sử r&ng công sinh ra b&ng độ giâm của một ihể cp nào đó, — có: — Acp < — - A(F - ẹ ) < 0 N hư vậy, hàm F — ẹ (doG ibbs đ ư a ra) chi có Ihe giảm trong m ột b iến đối th ự c . Đặc biệt, kJìi «2» cực lỉiu , ta có m ột trạng thái cán bằng bần. Do 8ự txrơng tự với đ iệ n Ihế, th ế trọng liro y.v..., ^ được gọi là thế nhiệt động. T ất cả các phản ửng mà nhà sinh vậl lư n lâm và phàn lớn các phản ứng mà n h à h ó a học chú ỷ đều xảy ra dư ở i áp guẩt th ổ n g đối, áp suốt k h í quyèn. Khi đ ỏ còng sinh ra bửi cắc ảp iự c p ă v bằnsỊ độ giảm của hàm — p v. N hư vậy khi khổng có công khác trao đôi với môi tm ờ n g ngoài, ta rơ i vào tro n g trư ờ n g hợp đang xét vởi (Ị) = — pu, và : ^ Thế nhiệt động V .= F + pu — en tan p i tự dọ G Chủng ta nhắc lai râ n g nhiệt độ vá áp suắt không đòi và khồnq có công nào kĩiảc pắv^. Ngirợc ỉạỉ,-tro n g tb í dụ đẫn ra Irư ở c đây về prá, cỏĩiíí eủa cảc lực điện ổq suy từ th ế Vq thêm vảo,cho công của các ả p iự c p A y suy từ thế — pv, ta có : ẹ ^ p v — Vq và do đ ỏ : - Năng lượng tự do F = u — JTS Entanpi tự do G — V + pv — JTS Thẽ nhiệt động ^ *?» = ơ + pi> - J T S - Vq 2â6 ^ 2 0 .4 . T h é a h l^ t dộng eử« m ột pha đòng nh4t. Một sự thay đồi Irạn g thái thuận nghịch (nghĩa là không cỏ sự chộm đông hay quá bão bòa) b a a g ò m m ột sự biến đối đẳng nhiệt ở áp suẵt khòng đôi và trong quả trinh biến đồi đỏ khổng c6 công trao đồi liôn qu an với ...