Vật lý đại cương - Khí thực và chuyển pha phần 1 docx

Ch−¬ng 17
KhÝ thùc vμ chuyÓn pha
§1. Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña khÝ thùc
•Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i Clapayron-Medeleev
®èi víi 1 mol khÝ lý t−ëng: pV=RT (C¸c ph©n
tö kh«ng kÝch th−íc, kh«ng t−¬ng t¸c)
•ThùctÕph©n tö khÝ cã kÝch th−íc ~3.10
-8
cm
chiÕm thÓ tÝch ~1,4.10
-23
cm
3
chiÕm 1/1000 thÓ
tÝch khèi khÝ
• thay V b»ng V-b; b -céng tÝch m
3
/mol ®Ó ý
®Õn thÓ tÝch do c¸c ph©n tö chiÕm
➞ p(V-b)=RT
• Thùc tÕ cã t−¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö
➞ néi ¸p p
i
bæ chÝnh vμo¸p suÊt:
a, b lμ c¸c h»ng sè phô thuéc vμochÊtkhÝ(tra
b¶ng Trang 192 s¸ch bμi tËp)
¸p suÊt cμng cao th× ¶nh h−ëng cña néi ¸p vμ
céng tÝch cμng râ.
RT)bV)(
V
a

p(
2
=−+
RT
m
)b
m
v)(
v
am
p(
22
2
μ
=
μ
−
μ
+
V
m
v
μ
=
μ
m
v
m
V
μ

=
i
p
bV
RT
p −
−
=
2
2
i
V
a
)
V
N
(~p ⇒
II I
p
i
~n
0
mËt ®é h¹t líp I vμ p
i
~n
0
líp II
->p
i
~n

0
2
=>
a-N.m
4
/mol
2
(phô thuéc
b¶n chÊt chÊt khÝ)
❶ Mét mol khÝ thùc:
❷ m kg khÝ
thùc:
lμ sè mol vμ
p
i
lμm
p gi¶m
§2.§−êng ®¼ng nhiÖt lý thuyÕt Van-der-Waals vμ
®−êng ®¼ng nhiÖt thùc nghiÖm Andrews
1. ®−êng ®¼ng nhiÖt lý
thuyÕt
•
Khi T=T
K
®−êng cã ®iÓm uèn
K (tíi h¹n) t¹i p
K
,V
K
- tiÕp tuyÕn

song song víi trôc hoμnh.
•Khi T>T
K
®−êng ®¼ng nhiÖt gièng cña khÝ lý
t−ëng (hypecbol).
p
V
T>T
K
T<T
K
V
K
K
p
K
T
K
•KhiT<T
K
®−êng ®¼ng nhiÖt cã ®o¹n låi
lâmkh¸cvíicñakhÝlýt−ëng
2
V
a
bV
RT
p −
−
=

0
dV
dp
=
bR27
a8
;
b27
a
p;b3V
2
KK0
===
K
T
0
dV
pd
2
2
=
0
V
a2
)bV(
RT
3
K
2
K

=+
−
−
0
V
a6
)bV(
RT2
4
K
3
K
=−
−
3
K
3
K
K
V
a
)bV(3
RTV
=
−
☞ TÝnh c¸c gi¸ trÞ tíi h¹n
K
K
K
2

K
2
P8
RT
;
P64
TR27
a == b
2.Đờng đẳng nhiệt thực nghiệm Andrews
p
A
T<T
K
:AB-Khí; BC-Khí &Hơi (hạt lỏng)=trạng
thái bão ho; Bắt đầutừC-hoálỏng honton.
lỏng khí
T->T
K
thì BC->K. T
K
= 304K,
p
K
= 73at V
K
=9,6.10
-5
m
3
/mol

Chuông BKC & T
K
tạo thnh 4 vùng: 1- T>T
K
không thể hoá lỏng; 2- T<T
K
khí có thể hoá
lỏng; 3- Hơi bão ho; 4- Khí hoá lỏng;
Khí+hơi
V
C
V
K
V
B
V
T>T
K
T<T
K
T
K
K
B
C 3
4
1
2
Nén đẳng nhiệt khí CO
2

tại T
khác nhau
T>T
K
không thể hoá lỏng->
giống hypecbol nh khí LT
D
3. So sánh đờng đẳng nhiệt lý thuyết
Van-der-Waals v đờng đẳng nhiệt thực
nghiệm Andrews:
Phơng trình Van-der-Waals cho đờng đẳng
nhiệt của khí thực trừ trạng thái hơi bão ho:
T>T
K
giống nhau;
T
K
giống nhau: Cùng có điểm tới hạn K với
tiếp tuyến song song với OV
T<T
K
Khác nhau chỗ lồi lõm v vùng hơi bão
ho, nhng nếu khí sạch trên đờng thực nghiệm
có đoạn chậm hoá lỏng v chậm bay hơi giống
một đoạn của lý thuyết
ứng dụng: Hoá lỏng khí ở T<T
K
v p cao
§3.Néi n¨ng cña khÝ thùc, hiÖu øng
Joule-Thompson

δA
i
- c«ng do néi ¸p p
i
cña ph©n tö g©y ra dV:
∑
∑
+=+=
j
tnj
j
dnjtndn
WWWWU
RT
2
im
W
j
dnj
∑
μ
=
dV
V
a
dVpA
2
ii
==δ
∫∫

∞∞
∞
−==δ=−
V
2
V
i)(tn)V(tn
V
a
dV
V
a
AWW
V
am
RT
2
im
U
2
2
μ
−
μ
=
1. Néi n¨ng cña
khÝ thùc:
§éng n¨ng:
VËy néi n¨ng khÝ
thùc: U=U(T,V)

2. Hiệu ứng Joule-Thompson
L hiện tợng nhiệt độ của khí thực thay đổi khi
giãn nở đoạn nhiệt v không trao đổi công với
bên ngoi
(T <0 hiệu ứng dơng -> lmlạnh,
T > 0 hiệu ứng âm)
HƯ âm, dơng phụ thuộc vo nhiệt độ xảy ra
đối với khí cụ thể:
HƯ dơng đối với H
2
ở T<200K, He
2
ởT<40K
P
1
V
1
P
2
P
1
P
2
P
1
P
2
V
2
P

2
P
1
Trạng thái
1(p
1
,V
1
,T
1
)
Trạng thái
2(p
2
,V
2
,T
2
)
Khí ở bên trái M, 1 nén, 2 giãn. p
1
, p
2
không đổi
v p
1
> p
2
. Pit tông 1 ép sát M-> V
1

=0
Bên trái khối khí nhận công: A
1
=-p
1
(0-V
1
)=p
1
V
1
Bên phải nhận công:A
2
=-p
2
(V
2
-0)=-p
2
V
2
Tổng công cả hệ nhận: A=A
1
+A
2
=0
Nội năng: U= Q+A=0 m U=U(T,V)
p
1
V

1
p
2
T
1
M1 2 M 21
p
1
V
2
p
2
T
2
1, 2 -pit tông
M-vách xốp
p
1
> p
2
,V
2
>V
1
Trạng thái đầu (p
1
,V
1
,T
1

) Trạng thái cuối (p
2
,V
2
,T
2
)
0dV
T
)
V
U
(dT
V
)
T
U
(dU =


+


=
dV>0 -> dT<0
V 0->T 0 .
Giãn: V
2
>V
1

-> T
1
T
2
-> T = T
2
-T
1