Sự biến đổi pha của vật chất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM

BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ
Báo cáo học phần:
Nhiệt và nhiệt động lực học
Chuyên đề:

SỰ BIẾN ĐỔI PHA CỦA
VẬT CHẤT
SV: Nguyễn Hoàng Hiếu B2007638
Giảng viên hướng dẫn: TS. Phan Thị Kim Loan

Năm học: 2020 - 2021


Mục lục
I. Pha và sự biến đổi pha...............................................................3
1. Pha .....................................................................................3
2. Sự biến đổi pha .................................................................3
II. Đồ thị pha và đồ thị pha tổng quát .........................................4
III. Công thức Claypeyron – Clausius .........................................6
IV. Điểm ba ....................................................................................10
1. Định nghĩa ........................................................................10
2. Nội dung ............................................................................10
3. Tính chất ...........................................................................12
V. Các hiện tượng biến đổi pha và thuyết động học phân tử ....13
1. Nóng chảy và đơng đặc ....................................................13
1.1. Đặc điểm ...............................................................13
1.2. Giải thích ..............................................................14
1.3. Cơng thức .............................................................15

2. Bay hơi ..............................................................................15
2.1. Đặc điểm ...............................................................15
2.2. Giải thích ..............................................................15
2.3 Cơng thức ..............................................................16
3. Trạng thái bão hịa ...........................................................16
4. Sự sơi .................................................................................17

2


Sự biến đổi pha của vật chất
I. Pha và Sự biến đổi pha:
1. Pha: Tập hợp những phần đồng tính trong một hệ được coi là
có cùng một pha.
- Phần đồng tính trong hệ là phần mà các đặc trưng vật lý của nó
(độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt...) là như nhau hoặc biến đổi liên tục.
Đặc điểm dễ nhận biết các pha trong hệ là khi chúng được phân cách
nhau rõ rệt bởi mặt ngăn cách.
2. Sự biến đổi pha: không chỉ là sự biến đổi từ trạng thái vật
chất này sang trạng thái vật chất khác như rắn - lỏng; lỏng - hơi;
hơi - rắn, mà còn là sự biến đổi pha ở cùng trạng thái như kim cương
- than chì.
Có hai loại biển đổi pha:
- Loại I: có kèm theo sự nhận nhiệt của ngoại vật hoặc truyền
nhiệt cho ngoại vật.
VD: Các quá trình biến đổi pha loại I thường gặp là
• Sự nóng chảy, sự đơng đặc, sự hóa hơi, sự ngưng tụ, sự thăng
hoa…
• Từ trạng thái rắn ⇌ lỏng ⇌ hơi (sự biến đổi pha khác trạng thái).
- Loại II: khơng có kèm theo sự nhận hoặc truyền nhiệt.

Chú ý: Sự biến đổi pha luôn xảy ra ở một nhiệt độ và áp suất xác định.
VD1: Từ trạng thái rắn kết tinh nóng sang tinh thể khác (kim cương
và than chì, tức cùng trạng thái rắn kết tinh nhưng cấu trúc phân tử
khác nhau).
VD2: Sự chuyển pha của kim loại sang siêu dẫn ở nhiệt độ cực thấp
• Chì (Pb) ở nhiệt độ T = 7,26K
• Nhơm (Al) ở nhiệt độ T = 1,14K
3


II. Đồ thị pha và đồ thị pha tổng quát:
- Phương pháp thường dùng để nghiên cứu sự biến đổi pha là phương
pháp đổi đồ thị. Sau đây là xét ý nghĩa vật lý của Đồ thị pha.
- Bất kì một biến đổi pha nào cũng có thể biểu diễn bằng đồ thị pha.
Ví dụ đồ thị (p,T) biểu diễn sự biến đổi
pha từ pha lỏng sang pha hơi. Đường cong
S, nối liền các điểm trên đồ thị, ứng với
nhiệt độ và áp suất, tại đó xảy ra sự biến
đổi pha, gọi là đường cong biến đổi pha.
Nói cách khác, đường cong S xác định
điều kiện để cho hai chất: lỏng và hơi cùng
tồn tại, cân bằng nhiệt bên cạnh nhau.
Chú ý: rằng giữa pha lỏng và pha hơi đang có sự cân bằng nhiệt. Nếu
cung cấp nhiệt lượng cho hệ thì pha lỏng sẽ biến thành pha hơi. Đó là
sự hóa hơi. Ngược lại nếu hệ truyền nhiệt lượng cho ngoại vật, pha hơi
biến thành pha lỏng ta có sự ngưng tụ.
→ Hóa hơi và ngưng tụ là hai quá trình ngược nhau.
- Đường cong S được gọi là đường hóa hơi, hay đường ngưng tụ, tùy
thuộc vào chiều biểu diễn của sự biến đổi pha. Đường cong S chia mặt
phẳng ra làm hai miền: mỗi miền ứng với một pha duy nhất của vật

chất (lỏng hoặc hơi).
- Đối với sự nóng chảy, đơng đặc, thăng hoa, ta đều có thể vẽ đồ thị
biến đổi pha như thế. Mỗi pha vật chất được xác định bởi các thông
số trạng thái: T, P, V. Giữa ba đại lượng này có mối quan hệ chặc chẽ
với nhau.
- Đồ thị pha có thể là các giản đồ (p,T); (p,V); (T,V).
4


Ví dụ đường đẳng nhiệt Vander Waals
thực nghiệm có phần nằm ngang diễn
4
tả đổi pha.
- Đến một nhiệt độ T = T! đường đẳng
1
nhiệt chỉ có một điểm uốn K.
2
3
- Khi T > T! đường đẳng nhiệt thay
đổi một cách đơn điệu như của khí lý
tưởng. Nối các đầu mút của các đoạn
nằm ngang ta được đường cong (AKB). Đường cong này và đường
đẳng nhiệt T = T! chia mặt phẳng (pV) ra làm bốn miền:
- Miền 1: miền pha lỏng.
- Miền 2: miền pha lỏng và hơi bão hòa.
- Miền 3: miền hơi chưa bão hoà (trong miền này nếu ta nén chất
khí, áp suất của nó tăng lên).
- Miền 4: miền pha khí được biểu diễn bằng giản đồ (T, V) sau:
- Giả sử ở hệ trạng thái hơi, với thể
tích và nhiệt độ ứng với điểm A.

- Nén hơi đẳng nhiệt, đặc trưng cho
trạng thái hệ sẽ di chuyển về phía
trái, song song với trục hồnh V.
- Đến thể tích VB, hơi bắt đầu ngưng
tụ (hóa lỏng: chuyển pha). Hệ gồm
hai pha: hơi và lỏng.
- Tiếp tục nén thêm, khối lượng phần lỏng tăng dần, khối lượng phần
hơi bão hịa giảm dần. Cuối cùng, khí nén đến thể tích VD tồn bộ sẽ
là pha lỏng.
5


- Nén hơi đẳng nhiệt như vậy, tại các nhiệt độ T khác nhau, ta sẽ có
một dãy các đoạn cũng song song với đoạn BD. Nối các đầu mút đoạn
này, ta sẽ có đường cong S mà đỉnh là điểm tới hạn K.
So sánh ba đồ thị: (p,T); (p,V); (V,T).
- Diễn tả sự biến đổi pha từ lỏng sang hơi và ngược lại.
- S (p,T) là đường ranh giới giữa hai miền ứng với hai pha riêng biệt.
- S (p,T) và S (T,V) không phải như vậy.
*Đồ thị trên 3 giảng đồ tức là cùng một sự biến đổi pha từ lỏng sang hơi
nhưng xét trên 3 giảng đồ khác nhau: hình 1 (p,T); hình 2 (p,V); hình 3 (T,V).

III. Công thức Claypeyron – Clausius:
- Xét sự biến đổi pha (1), ta thấy ln có sự kèm theo của sự nhận và
toả nhiệt. Nhiệt lượng mà hệ nhận vào hay toả ra thì ứng với một đơn
vị khối lượng vật chất, khi chuyển pha gọi là ẩn nhiệt biến đổi pha.
VD: Nhiệt hố hơi, nhiệt nóng chảy, …
- Theo nguyên lý I, nhiệt lượng q"# dùng để chuyển từ pha (1) sang
pha (2) là:
𝐪𝟏𝟐 = 𝐝𝐔 + 𝐩𝐝𝐕

dU = U# − U" là độ biến thiên nội năng của hệ
dV = V# − V" là độ biến thiên thể tích của hệ
Vì sự biến đổi pha xảy ra tại áp suất không đổi nên: p = const
q"# = dU + pdV = d(U + pV) = dW = W# − W"
Với 𝐖 = 𝐔 + 𝐩𝐕gọi là hàm nhiệt Entanpi của hệ
Khi hệ chuyển từ pha (1) sang pha (2), ngược lại chuyển từ pha (2)
sang pha (1) thì:
q"# + q#" = dW"# + dW#" = 0
hay q"# = −q#"
6


Với quy ước: Nhiệt hệ nhận vào là dương, nhiệt hệ toả ra là âm, thì
nhiệt hố hơi là dương, nhiệt ngưng tụ là âm.
- Phương trình Clapeyron - Clausius là phương trình cơ bản đặc trưng
cho biến đổi pha loại I. Phương trình được xây dựng tổng quát bằng
phương pháp thế nhiệt động. Ở đây (để đơn giản) ta dùng phương
pháp chu trình để thiết lập.
• Tưởng tượng 1 chu trình Cacnơ thuận nghịch mà tác nhân là một
hệ 2 pha (pha lỏng và pha hơi bảo hòa) bị giam trong một xilanh có
pittơng (đóng) kín.
• Giả sử ban đầu nhiệt độ hệ là T và áp suất hơi bảo hịa ở nhiệt độ
đó là p (điểm A).
- Q trình AB: hệ giản đẳng nhiệt (cũng là quá trình đẳng áp) ở nhiệt
độ T. Quá trình này làm cho 1 lượng chất lỏng
khối lượng m đã hóa hơi ở áp suất bảo hịa p.
Nhiệt hệ nhận trong q trình: Q" = m. q"#
(để đơn giản cho m = 1 đơn vị khối luợng).
⇒ Q" = q"#
(q"# : Nhiệt biến đổi pha)

+ Độ tăng thể tích riêng của hệ: ∆v = v’ − v
v, v’ : thể tích riêng của chất ở thể lỏng và thể hơi.
- Quá trình BC: hệ giản đoạn nhiệt, nhiệt độ hạ dT, đồng thời áp suất
giảm dp (trong quá trình này một lượng chất lỏng đã chuyển thành
hơi nhưng rất bé nên có thể bỏ qua).
- Q trình CD: nén đẳng nhiệt ở nhiệt độ T − dT; và là quá trình
đẳng áp ở áp suất hơi bảo hòa p − dp. Q trình này một lượng hơi
bảo hịa được ngưng tụ thành lỏng và hệ tỏa cho nguồn lạnh (T − dT)
một nhiệt lượng (bỏ qua lượng chất ngưng tụ).
7


- Quá trình DA: nén đoạn nhiệt, nhiệt độ hệ tăng từ T − dT → T và
áp suất tăng từ: p − dpGp. Hệ trở lại trạng thái đầu A. Cơng sinh ra
trong chu trình bằng diện tích giới hạn bởi chu trình ABCD. Bỏ qua
các sai lệch vơ cùng bé ta có thể coi diện tích này là một hình chữ
nhật:
A = ∆v. dp = (v & − v)dp
Hiệu suất của chu trình:

η=

'
(!

Theo định lý Cácnơ: η = 1 −

Từ đó ta được:
Vậy:

-.
-0

=

)*" +*,-.

/!#
0(*" +*)

/!#

=

=

0#
0!

)*" +*,-.

=

/!#
0! +0#
0!

=

0+(0+-0)

0

=

-0
0

-0
0

Cơng thức này nói lên mối quan hệ định lượng

giữa độ biên thiên của p và T trong các quá trình chuyển pha, và được
gọi là công thức Clapeyron – Clausius.
Chú ý: Công thức Clapeyron – Clausius được ứng dụng rộng rãi cho
biến đổi pha loại 1 và không dùng cho pha biến đổi loại 2 vì trong
trường hợp sau q"# ln ln bằng 0.
+ Do thể tích hơi lớn hơn rất nhiều so với thể tích lỏng v & ≫ v,
nên cơng thức có thể viết lại:
dp
q"#
=
dT T. v &

8


+ Áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng cho hơi bão hoà ở
nhiệt độ T.
m

pv & = RT(m = 1đvkl)
µ
RT
RT
⇒ pv & =
⇒ v& =
µ
µp
Từ đó:
dp
q"#
µq"# p
dp µq"# dT
=
=
. Hay
=
.
dT T. RT
R T#
p
R T#
µp
3/!#
𝑑𝑝 µq"# dT
µq"#
+ 40
&
⇒R
=

R # ⇒ lnp = −
+ C = ln VC . e
X
𝑝
R
T
RT
Kết quả là:
3/!#
+ 40
&
C .e
vớiC & làhằngsố(const)

p =
Nhận xét:
• Các phương trình cho thấy áp suất hơi bão hoà phụ thuộc vào
$%
&

nhiệt độ theo quy luật hàm e .
• Nhiệt độ chuyển pha và áp suất chuyển pha khơng thể có giá trị
bằng khơng vì khi đó đa số các chất đều ở pha rắn.
• Do v & ≫ v, phương trình Clayperon-Clausius cho thấy khi nhiệt
độ tăng dT > 0, áp suất hơi bão hòa tăng dp > 0.
* Phương trình Clayperon-Clausius có ý nghĩa to lớn về mặt lý thuyết
cũng như thực nghiệm, nó giúp xác định nhiệt độ biến đổi pha 𝑞!" của các chất.

9

IV. Điểm Ba:
1. Định nghĩa: Điểm ba (B) là điểm tồn tại 3 pha của vật chất
(rắn, lỏng, khí). Một chất tinh khiết tồn tại đồng thời ở ba pha ở một
nhiệt độ T và áp suất p hoàn toàn xác định. Trong giản đồ p-T trạng
thái đó được biểu diễn tại một điểm gọi là điểm ba, điểm này là điểm
chung của các đường cân bằng pha giữa rắn-lỏng; lỏng-khí; rắn-khí.
Ví dụ minh hoạ về điểm ba: giản đồ p-T của nước

Tại điểm ba, p5 = 4,58mmHg và T5 = 0,00985 C (thang đo
không theo tỉ lệ).
2. Nội dung:
Dùng giản đồ (p,T), đồ thị pha
tổng quát.
Xét một hệ ở trạng thái cân
bằng nhiệt với hai pha: lỏng và
hơi bão hòa.
Cho hệ tỏa nhiệt, nhiệt độ của
hệ giảm xuống. Muốn cho hệ
đạt lại trạng thái cân bằng nhiệt
mới, áp suất của hệ cũng phải
10


giảm theo. Ðiểm đặc trưng cho trạng thái cân bằng mới trên giản đồ
(p,V) về phía dưới.
• Tập hợp mọi điểm ứng với trạng thái cân bằng nhiệt giữa pha
lỏng và hơi bão hòa trên giản đồ (p,V) tạo nên đường ngưng tụ (KB)
hay đường hóa hơi (BK).
KB: đường ngưng tụ.

BK: đường hóa hơi.
BO: đường thăng hoa.
BC: đường nóng chảy hay đơng đặc.
• Như đã nói ở phần khí thực, đường cong hóa hơi tận cùng phía
trên tại điểm tới hạn với nhiệt độ T6 , áp suất p6 . Ðường hóa hơi phải
tận cùng phía dưới tại điểm B ứng với giai đoạn kết tinh của vật chất.
Lúc này hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt không phải chỉ gồm 2 pha
như trước mà gồm 3 pha: lỏng + rắn + hơi.
• Hệ tiếp tục tỏa nhiệt, tồn thể pha lỏng sẽ chuyển sang pha rắn
và kết thúc quá trình kết tinh là sự xuất hiện trạng thái cân bằng nhiệt
giữa hai pha: rắn + hơi bão hịa.
• Suốt trong q trình kết tinh, nhiệt độ của hệ khơng đổi. Sau khi
sự kết tinh hoàn toàn, nếu hệ tiếp tục tỏa nhiệt, nhiệt độ của hệ sẽ lại
giảm xuống. Muốn thiết lập sự cân bằng nhiệt mới giữa hai pha: rắn
và hơi bão hịa thì phải giảm áp suất của hệ. Do đó các điểm đặc trưng
cho trạng thái cân bằng nhiệt sẽ dịch chuyển xuống dưới tạo ra đường
thăng hoa: BO.
• Nếu từ trạng thái kết tinh ứng với điểm B ta khơng để nhiệt truyền
ra ngồi mà lại truyền nhiệt cho hệ thì hệ sẽ từ trạng thái kết tinh
chuyển sang pha lỏng tức là nóng chảy. Nếu tăng áp suất thì nhiệt độ
nóng chảy sẽ phải tăng theo. Ðiểm nóng chảy, đặc trưng cho sự cân
11


bằng nhiệt giữa pha rắn và pha lỏng, dịch chuyển lên trên và vẽ nên
đường nóng chảy hay đường đơng đặc (gần như đường thẳng).
• Ðộ dốc của đường nóng chảy có thể âm hay dương tùy thuộc dấu:
Nếu > 0, thì khi nóng chảy, thể tích hệ tăng: (BC)
Nếu < 0, thì khi nóng chảy, thể tích hệ giảm: (BC)
(nước đá, Bitmuýt, Antimoan).

• Ðiểm B nằm tại giao điểm giữa 3 đường cong biến đổi pha: hóa
hơi, nóng chảy, thăng hoa, gọi là điểm Ba.
3. Tính chất:
- Điểm ba xác định điều kiện cho có sự cân bằng giữa 3 pha.
- Ứng với mổi chất thì chỉ có thể có 1 điểm ba mà thơi, nhiệt độ
và áp suất tương ứng là T7 và p7 .
- Các đường cong biến đổi pha chia mặt phẳng (p,T) làm 3 miền:
• Phía trái đường nóng chảy và đường thăng hoa là pha rắn.
• Phía phải đường hố hơi và đường thăng hoa là pha hơi (với
T< T6 ), và là pha khí (nếu T > T6 ).
• Giữa đường nóng chảy và đường hoá hơi là pha lỏng.
o Mổi điểm trong miền này chỉ đặc trưng cho một pha nhất định.
o Nếu ban đầu đầu hệ ở trạng thái diển tả bởi điểm (1), biến đổi từ
điểm (1) sang điểm (2) qua quá trình đẳng áp, thì hệ sẽ phải trải
qua 3 pha, lần lượt là rắn – lỏng – hơi.
o Nếu trạng thái xuất phát từ điểm (3), hệ biến đổi sang trạng thái
ứng với điểm (4) thì trình tự biến đổi pha sẽ là biến trực tiếp từ
rắn sang hơi.
* Đa số các chất của điểm ba nằm khá thấp so với áp suất khí quyển
nên muốn chuyển từ pha rắn sang pha hơi phải sang pha lỏng trung gian.

VD: điểm ba của nước có p5 =4,58mmhg < 1atm và T5 = 0,00985 C
12


o Nếu đường nóng chảy lệch về phía trái của điểm Ba thì có hiện
tượng dị kì: nén khí đẳng nhiệt thì áp suất tăng, hệ trải qua từ pha
khí sang pha rắn, rồi mới sang pha lỏng. Hiện tượng này xảy ra
ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ điểm Ba.
V. Các Hiện tượng biến đổi pha và Thuyết động học phân tử:

1. Nóng chảy và đơng đặc:
Nóng chảy là gì? và Đơng đặc là gì?
- Nóng chảy là q trình vật chất chuyển từ pha rắn sang lỏng.
- Đơng đặc là quá trình vật chất chuyển từ pha lỏng sang pha rắn
(ngược với q trình nóng chảy).
- Đặc điểm: + Q trình nóng chảy hoặc đơng đặc chỉ diễn ra khi có
trao đổi nhiệt giữa hệ và khoảng ngồi.
+ Ở một giá trị áp suất ngoài, chất rắn kết tinh có một
nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đơng đặc xác định, nhiệt độ đó được
giữ khơng đổi trong suốt thời gian vật nóng chảy hoặc đơng đặc.
+ Trong cùng một điều kiện như nhau, chất rắn kết tinh
nóng chảy và đơng đặc ở cùng một nhiệt độ. Ví dụ:
Fe có t 89 = 15305 C
Cu có t 89 = 10335 C
Vonfram có t 89 = 33705 C
+ Khi vật rắn nóng chảy hoặc đơng đặc hồn tồn thì
nhiệt độ vật lại tiếp tục thay đổi.
+ Sự biến đổi thể tích riêng: thơng thường khi nóng chảy
thể tích riêng vật rắn tăng, ngược lại khi đơng đặc thể tích riêng giảm.
Tuy vậy vẫn có một số trường hợp thể tích riêng giảm khi nóng chảy
13


và tăng khi đông đặc, người ta cho rằng số chất loại này có pha rắn
“rỗng” hơn pha lỏng.
+ Ảnh hưởng của áp suất ngoài: khi áp suất ngoài tăng,
nhiệt độ nóng chảy t 89 tăng, điều này được giải thích là: trong điều
kiện áp suất lớn, sự nở thể tích của vật nóng chảy bị cản trở nhiều hơn
làm mạng tinh thể khó bị phá vỡ hơn.
- Giải thích:

+ Q trình nóng chảy: vật rắn kết tinh khi nhận nhiệt thì động
năng chuyển động nhiệt và thế năng của các hạt cấu thành đều tăng
làm các hạt tách xa nhau hơn.
• Khi nhiệt độ vật đạt t = t 89 động năng chuyển động nhiệt
của các hạt đủ lớn, biên độ dao động nhiệt lớn làm liên kết phân tử bị
phá vỡ, cấu trúc tinh thể bị phá vỡ, q trình nóng chảy bắt đầu... nhiệt
độ t 89 gọi là nhiệt độ nóng chảy. Trong khi nóng chảy nhiệt độ của hệ
giữ không đổi, phần năng lượng cung cấp được giữ ở dạng nội năng
ứng với sự tăng thêm của thế năng các hạt; nếu tính cho một đơn vị
khối lượng thì nhiệt lượng tương ứng gọi là nhiệt nóng chảy riêng λ
(hoặc ẩn nhiệt).
• Khi tồn bộ trật tự của tinh thể hoàn toàn bị phá vỡ, vật bị
nóng chảy hồn tồn, q trình nóng chảy kết thúc.
• Nhiệt độ nóng chảy t 89 và ẩn nhiệt λ là các đại lượng đặc
trưng cho vật rắn tinh thể. Ví dụ:
Nước đá có λ = 80 kcal/kg.độ
Sắt có
λ = 66 kcal/kg.độ
Chì có
λ = 6,3 kcal/kg.độ
+ Q trình đơng đặc: (Cịn gọi là q trình kết tinh) là q trình
ngược với q trình nóng chảy. Ở cùng một điều kiện, nhiệt độ đông
14


đặc t -- của hệ đúng bằng nhiệt độ nóng chảy t 89 . Tuy vậy thực tế cho
thấy trong q trình đơng đặc thường xảy ra một sự chậm trễ nào đó,
tức là khi nhiệt độ hệ đã giảm đến giá trị t = t -- mà chất lỏng vẫn
chưa đông đặc, hiện tượng được gọi là “sự chậm đông”; để loại bỏ chỉ
cần thêm vào chất lỏng một vài mẫu tinh thể nhỏ thì q trình đơng

đặc sẽ diễn ra ngay.
- Cơng thức: tính nhiệt nóng chảy Q
m: khốilượngchấtrắn
Q = m. λ
g
λ: nhiệtnóngchảyriêng
2. Bay hơi:
- Bay hơi là sự hoá hơi xảy ra từ mặt thoáng chất lỏng và ở nhiệt độ
bất kỳ.
- Đặc điểm: + Khi nhiệt độ tăng, tốc độ bay hơi tăng.
+ Diện tích S của mặt thoáng càng tăng, sự bay hơi càng
nhanh.
+ Tốc độ bay hơi phụ thuộc vào điều kiện ngồi (gió
...ảnh hưởng đến tốc độ bay hơi).
+ Nhiệt hóa hơi riêng L (nhiệt cung cấp để một đơn vị
khối lượng chất lỏng chuyển thành hơi) phụ thuộc vào nhiệt độ khối
chất lỏng và áp suất ngoài tác dụng lên bề mặt chất lỏng.
- Giải thích:
+ Một chất lỏng ở bất cứ nhiệt độ nào, cũng có chứa những phần
tử có động năng đủ lớn để thắng lực hút f của các phần tử xung quanh,
thoát ra khỏi mặt thoáng, tập hợp các phần tử đã thoát ra như thế tạo
thành hơi.
+ Gọi r: bề dày lớp mặt ngoài
n: số phần tử có trong một đơn vị khối lượng chất lỏng.
15


+ CơngA để n phần tử ấy thốt khỏi mặt thoáng biến thành hơi
là: A = nfr̅ .
+ Vả lại q trình bay hơi cịn kèm theo sự tăng thể tích của hệ,

nên ngồi cơng A cịn có cơng A′ làm tăng thể tích riêng của chất lỏng
V & thành ra thể tích riêng của hơi V5 , ở cùng một áp suất không đổi p.
A& = p(V5 − V5& )
⟹ Tóm lại: A + A& = nfr̅ + p(V5 − V5& ) hay A + A& = q"#
q"# : nhiệt lượng mà hệ nhận, tức nhiệt hoá hơi
⟹ q"# = nfr̅ + p(V5 − V5& )
+ Ta có thể xác định các đại lượng (q"# , n, r, p, V5 , V5& ) bằng thực
nghiệm. Từ đó suy ra được f.̅
+ Tại trạng thái tới hạn f = 0 và V5 − V5& = 0 ⇒ q"# = 0.
+ Sự hoá hơi xảy ra đồng thời với quá trình ngưng tụ (là quá trình
ngược với quá trình bay hơi, vật chất chuyển từ pha hơi sang pha lỏng;
hơi ở mặt ngồi của khối chất lỏng có thể ngưng tụ trở lại thành lỏng.
Hơi ngưng tụ tỏa ra một nhiệt lượng đúng bằng nhiệt lượng đã nhận
trong quá trình bay hơi). Một số phân tử ngồi mặt thống đi trở vào
lịng chất lỏng.
- Cơng thức: tính nhiệt hố hơi Q
m: khốilượngchấtrắn
Q = m. L
g
L: nhiệthốhơiriêng
3. Trạng thái bão hồ:
- Khi chất lỏng bay hơi trong một bình kín có nhiệt độ T, áp suất của
pha hơi tăng đạt giá trị cực đại p7: thì khơng tăng nữa khi đó ta có hơi
bão hịa. p7: được gọi là áp suất hơi bão hòa. Ở hơi bão hòa, số phân
tử từ thể lỏng sang thể hơi đúng bằng số phân tử thể hơi ngưng tụ
thành lỏng, khi đó có sự cân bằng động giữa chất lỏng và chất hơi.
16


- Đặc điểm: + Ở nhiệt độ T xác định, áp suất hơi bảo hịa p7: có một

giá trị nhất định.
+ Khi nhiệt độ tăng, áp suất hơi bão hòa tăng.
+ p7: khơng phụ thuộc vào thể tích hơi mà phụ thuộc
vào hình dạng của mặt thống (lỏng - hơi).
+ Sự có mặt của các khí và hơi khác làm ảnh hưởng tốc
độ bay hơi, kéo dài thời gian bay hơi để đạt tới trạng thái bão hồ,
nhưng khơng làm thay đổi sự cân bằng động giữa pha lỏng và pha hơi.
4. Sự sơi:
- Sự sơi là q trình bay hơi mạnh của chất lỏng bằng
cách tạo thành những bọt hơi trong lịng khối chất
lỏng, các bọt hơi này thốt ra khỏi mặt thống. Để
chất lỏng sơi thì trong lịng khối chất lỏng phải có
những bọt hơi. Điều kiện tồn tại bọt hơi là áp suất
hơi và khí trong bọt phải cân bằng với áp suất lỏng
bên ngoài.
- Xét một bọt hơi ở độ sâu h đối với mặt thoáng:
+ Áp suất bên trong bọt: p7: + p′
(p′: áp suất các khí khác hồ tan bên trong chất lỏng)
+ Áp suất bên ngồi: H + pgh +

#;
4

H: áp suất khí quyển.
pgh: áp suất thuỷ tinh.
#;
4

: áp suất phụ gây bởi mặt cầu của bọt.

+ Để bọt hơi tồn tại: p<=58>7ọ< = p8>5àB7ọ<
2α
⇒ p7: + p& = H + pgh +
R
17


- Khi bọt hơi khá lớn thì

#;
4

bé, pgh cũng bé (do h không lớn) và p&

cũng bé nên trông gần đúng p7: ≈ H. Khi đó do lực đẩy Archimede,
bọt hơi bị đẩy lên mặt thống và vỡ ra hình thành sự sơi. Từ đó:
“Dưới áp suất ngồi xác định H, một chất lỏng sôi ở nhiệt độ t 5 s
ứng với áp suất hơi bão hồ của nó p7: bằng áp suất ngồi H”.
→ Đây cũng chính là chỗ khác nhau giữa sự sôi và sự bay hơi (xảy ra
ở mọi nhiệt độ). Muốn duy trì sự sơi, ta phải cung cấp nhiệt lượng cho
chất lỏng, vì thế suốt thời gian sôi nhiệt độ của hệ (gồm 2 pha: lỏng
và hơi bão hồ) khơng đổi.
So sánh: Hiện tượng bay hơi và hiện tượng sôi
- Hiện tượng bay hơi là hiện tượng chuyển từ pha lỏng sang pha hơi
xảy ra trên bề mặt thống của chất lỏng.
- Hiện tượng sơi cũng là hiện tượng chuyển từ pha lỏng sang pha hơi
xảy ra trên bề mặt thoáng của chất lỏng và cả trong lịng chất lỏng
• Giống nhau: đều là hiện tượng chuyển từ pha lỏng sang pha hơi
• Khác nhau: + Bay hơi: xảy ra trên mặt thống.
+ Sơi: xảy ra trên mặt thống và trong lịng chất lỏng.

18