1) Thông số trạng thái và phương trình trạng thái

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.17 MB, 112 trang )

Nhiệt học

-6-

Mỗi tính chất có thể đặc trưng bằng một đại lượng vật lý. Tập hợp xác

đònh của các đại lượng vật lý để xác đònh trạng thái của vật gọi là các

thông số trạng thái.

Có nhiều thông số trạng thái. Tuy nhiên, chỉ có một số độc lập, số

còn lại phụ thuộc. Mối quan hệ giữa các thông số trạng thái được biểu

diễn bằng các hệ thức gọi là phương trình trạng thái.

Để biểu diễn trạng thái một khối khí, có thể dùng 3 thông số trạng

thái: thể tích (V), áp suất (p) và nhiệt độ (T). Thực nghiệm cho thấy trong

3 thông số đó chỉ có 2 là độc lập, thông số còn lại là phụ thuộc. Như thế mối

liên hệ giữa 3 thông số có thể biểu diễn bởi một phương trình trạng thái :

f(p,V,T) = 0

(1)

Việc khảo sát dạng cụ thể của (1) là một trong các vấn đề cơ bản

của nhiệt học.

2) Áp suất

p suất là một đại lượng vật lý có giá trò bằng lực nén vuông góc

lên một đơn vò diện tích. Ký hiệu F là lực nén vuông góc lên diện tích ∆S,

thì áp suất p được cho bởi :

p=

F

∆S

(2)

2

Trong hệ SI : [p] = N/m ≡ Pa (Paxcal)

Ngoài ra còn dùng các đơn vò sau :

- Atmotfe (kỹ thuật) : ký hiệu là at.

1at ≅ 9,81x 104N/m2

- Milimet thủy ngân (hay tor) : bằng áp suất tạo bởi trọng lượng

cột thủy ngân cao 1mm.

1at = 736mHg

1bar = 105N/m2 = 0,76mHg

3) Nhiệt độ

Nhiệt độ là một đại lương vật lý đặc trưng cho mức độ chuyển

động hỗn loạn phân tử của các vật.

Để xác đònh nhiệt độ người ta dùng nhiệt biểu. Nguyên tắc của

nhiệt biểu là dựa vào độ biến thiên của một đại lượng nào đó (chiều dài,

Trần Kim Cương

Khoa Vật lý

Nhiệt học

-7-

thể tích, độ dẫn điện…) khi đốt nóng hoặc làm lạnh rồi suy ra nhiệt độ

tương ứng.

Nhiệt biểu thường dùng là nhiệt biểu thủy ngân. Trong nhiệt biểu

này nhiệt độ được xác đònh bởi thể tích của một khối lượng thủy ngân nhất

đònh.

Để đọc được nhiệt độ trên nhiệt biểu cần có thang đo nhiệt độ gọi

là nhiệt giai, tức là cần quy ước các nhiệt độ cố đònh làm điểm chuẩn. Tùy

theo việc chọn các điểm chuẩn và cách chia khoảng giữa các điểm chuẩn

mà có các nhiệt giai khác nhau. Nhiệt biểu có gắn thang đo nhiệt độ được

gọi là nhiệt kế.

Người ta chọn điểm chuẩn là điểm ba của nước đá, là điểm tồn tại

đồng thời 3 trạng thái của nước : hơi, lỏng, rắn (hay còn gọi là trạng thái 3

pha) ở áp suất 1,033at ứng với nhiệt độ thứ nhất. Điểm chuẩn ứng với

trạng thái thứ 2 là điểm sôi của nước cũng ở áp suất 1,033at.

Nhiệt giai bách phân (Celsius) : điểm chuẩn thứ nhất ghi 0oC,

điểm chuẩn thứ 2 ghi 100oC, giữa chúng chia thành 100 phần bằng nhau.

Ký hiệu nhiệt độ là t(oC).

Nhiệt giai tuyệt đối (Kelvin) : mỗi độ chia bằng một độ của thang

bách phân, nhưng độ không của nó ứng với –273,16 của thang bách phân.

Ký hiệu nhiệt độ là T(K).

Như thế ta có biểu thức liên hệ :

T = t +273,16

(3)

Trong tính toán đơn giản thường lấy tròn :

T = t +273

(3’)

Cần chú ý trong thang bách phân, nhiệt độ được ghi là oC (ví dụ :

15oC, 20oC …), nhưng trong thang tuyệt đối, nhiệt độ được ghi là K (ví dụ :

15K, 20K v.v…).

Ngoài ra còn hai loại nhiệt giai khác :

+ Nhiệt giai Fahrenheit (dùng ở Anh, Mỹ) : điểm chuẩn một là

0

32 F, điểm chuẩn hai là 212oF, chia làm 180 khoảng đều nhau. Ký hiệu là

TF :

9

TF = t + 32

5

Trần Kim Cương

(4)

Khoa Vật lý

Nhiệt học

-8-

+ Nhiệt giai Réaumur (dùng ở Pháp) : điểm chuẩn một là 00R và

điểm chuẩn hai là 800R.

§2 sự nở vì nhiệt

1) Sự nở dài

Nếu vật có chiều dài L , khi nhiệt độ vật tăng ∆T thì chiều dài vật

sẽ tăng thêm ∆L :

∆L = α.L.∆T

∆L / L

α=

∆T

(5)

Hệ số tỉ lệ α gọi là hệ số nở dài, nó cho biết sự thay đổi tỉ đối

chiều dài của vật khi nhiệt độ tăng một đơn vò. Giá trò α thường là nhỏ.

2- Sự nở khối

Khi vật rắn bò nung nóng, kích thước theo 3 chiều của nó tăng, dẫn

đến thể tích vật tăng. Với chất lỏng, chỉ có sự nở khối là có ý nghóa. Gọi V

là thể tích vật thì sự thay đổi thể tích ∆V của vật sẽ là :

∆V = β.V. ∆T

(6)

Hệ số tỷ lệ β gọi là hệ số nở khối.

Đối với chất rắn vô đònh hình thì β = 3α

Trần Kim Cương

Khoa Vật lý

Nhiệt học

-9-

Riêng đối với nước, sự nở khối không theo quy luật trên. Đồ thò

phụ thuộc của thể tích riêng (thể tích của một đơn vò khối lượng) vào nhiệt

độ có dạng :

Thể tích riêng

t(0C)

4

H.1

Khi nhiệt độ lớn hơn 4oC nước dãn nở theo quy luật chung của các

chất lỏng. Nhưng trong khoảng 0 ÷ 4oC thể tích riêng tăng khi nhiệt độ

giảm. Tại 4oC thể tích riêng có giá trò cực tiểu. Điều này có ý nghóa rất lớn

trong thực tế : khi trời lạnh, nước đóng băng từ trên mặt dần xuống dưới,

vì ở 4oC nước “nặng” nhất chìm xuống dưới. Khi nhiệt độ xuống dưới 4oC

nước lạnh “nhẹ” hơn vẫn nằm ở phía trên và dần đóng băng, nhờ băng

dẫn nhiệt kém nên nước ở phía sâu không đóng băng nữa; nhờ vậy các

sinh vật vẫn tồn tại được dưới băng.

3) Giải thích sự nở nhiệt theo quan điểm nguyên tử

Các chất rắn có cấu tạo mạng tinh thể 3 chiều, các nguyên tử, phân

tử hay ion (gọi chung là”hạt”) dao động xung quanh nút mạng (vò trí cân

bằng) với biên độ tăng theo nhiệt độ. Giữa các hạt có lực liên kết.

Trần Kim Cương

Khoa Vật lý

Xem Thêm

1) Thông số trạng thái và phương trình trạng thái

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về