Bài giảng học phần Vật lý phân tử và nhiệt học

MỞ ĐẦU

Câu 1: Vì sao nhà du hành vũ trụ đi ra
khoảng không vũ trụ phải mặc một bộ
áo giáp ?
Vì môi trường khoảng không vũ trụ là chân không nên:
- bức xạ của mặt trời và các tia vũ trụ rất mạnh nên sẽ đốt nóng quá
mức và ảnh hưởng sức khỏe của phi hành gia.
- khi con người từ tàu vũ trụ bước ra khoảng không, áp suất bên
ngoài tác dụng lên cơ thể rất nhỏ, có thể xấp xỉ bằng 0. Con người
không thể chịu được sự phá vỡ cân bằng áp suất như vậy và sẽ chết.
Áo giáp của nhà du hành vũ trụ có tác dụng giữ cho áp suất bên
trong áo giáp có độ lớn xấp xỉ bằng áp suất khí quyển bình thường
trên mặt đất.


MỞ ĐẦU
CÂU 2: Tại sao khi đổ nước sôi vào cốc, cốc thuỷ tinh có thành
dày thường dễ nứt vỡ hơn so với cốc thuỷ tinh có thành mỏng?
Khi đổ nước nóng vào cốc,
+ do tính dẫn nhiệt kém của thuỷ tinh,
+ lớp bên trong giãn nở nhiều hơn lớp bên ngoài, lớp ngoài trở
thành vật cản trở của lớp bên trong
+ Kết quả là tạo ra 1 lực lớn làm vỡ cốc.
CÂU 3: Vì sao không nên đặt những chai nước uống còn
đầy có đậy nút lên ngăn đá của tủ lạnh?
Vì khi nước đông thành đá, thể tích của nó lớn hơn thể tích
nước ban đầu nên sẽ làm vỡ chai.


CÂU 4: Quan sát những giọt dầu, mỡ nóng chảy trong một bát

canh, ta thường thấy chúng có dạng hình cầu hơi dẹt. Tại sao?
Mỡ nóng chảy và nước không dính ướt lẫn nhau, do sức căng mặt
ngoài, những giọt dầu mỡ có dạng cầu nổi trên mặt, nhưng có trọng
lượng, chúng hơi bị dẹt.
CÂU 5: Cắm một ống mao quản vào một cốc nước nóng, thấy
nước trong ống dâng lên. Hỏi mức nước trong ống mao quản sẽ
thay đổi thế nào khi nước trong cốc nguội đi?
Mức nước trong ống mao quản dâng cao hơn vì khi nhiệt độ giảm, hệ số
căng mặt ngoài của nước tăng nhanh hơn so với sự tăng khối lượng
riêng.


CÂU 6: Trong hai phòng kín có nhiệt độ lần lượt là +100C và
-100C có đốt hai cây nến giống nhau. Hỏi nến trong phòng nào
cháy nhanh hơn? Vì sao?
Cây nến trong phòng có nhiệt độ -100C sẽ cháy nhanh hơn. Vì ở
buồng lạnh khối lượng riêng của không khí lớn hơn ở buồng nóng,
nên trong một đơn vị thể tích buồng lạnh lượng oxy sẽ nhiều hơn, duy
trì sự cháy tốt hơn.
CÂU 7: Một bình kín chứa đầy nước ở nhiệt độ 27oC. Giả dụ
tương tác giữa các phân tử nước đột nhiên biến mất thì áp suất
bên trong bình sẽ là bao nhiêu?
Do vật chất trong đó không có tương tác giữa các phân tử suy ra đó là
khí lí tưởng. Áp dụng PTTT của KLT:

M
pV =
RT

µ

Câu 8 : Khi thở ra dung tích của phổi là 2,4 lít và áp suất
của không khí trong phổi là 101,7.103Pa. Khi hít vào áp
suất của phổi là 101,01.103Pa. Coi nhiệt độ của phổi là
không đổi, dung tích của phổi khi hít vào bằng:
A. 2,416 lít. B. 2,384 lít C. 2,4 lít D. 1,327 lít
Câu 9: Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí
nhất định, mật độ phân tử khí( số phân tử khí trong 1
đơn vị thể tích) thay đổi như thế nào?
A. Luôn không đổi
B. tăng tỉ lệ thuận với áp suất
C. giảm tỉ lệ nghịch với áp suất
D. chưa đủ dữ kiện để kết luận


“BA LƯU Ý”
!!!!


BÀI GIẢNG HỌC PHẦN
NHIỆT HỌC
(VẬT LÝ PHÂN TỬ & NHIỆT HỌC)
GVGD: Th.S Nguyễn Thanh Loan


NHIỆT
HỌC

Thông

tin
chung về
môn học

Tài liệu
tham
khảo

Nội
dung
môn
học

HTDHPPDH

Tiêu
chí
đánh
giá

Các
chính
sách
của môn
h ọc


TÀI LIỆU THAM KHẢO
• [1]:Lê Văn: Vật lý phân tử và nhiệt học, NXB Giáo dục 1973.
• [2]:Đàm Trung Đồn: Vật lý phân tử và nhiệt học, NXB ĐH và

THCN 1971.
• [3]:Phạm Viết Trinh: Bài tập vật lý đại cương (tập 1). NXB Giáo
dục1982.
• [4]: Bùi Trọng Tuân: Vật lý phân tử và nhiệt học, NXB Giáo dục
1999.
• [5]: Lương Duyên Bình: Vật lý đại cương, NXB Giáo dục 2001.
• [6]: I.V.Xaveliev: Vật lý đại cương, NXB Mir 1988.
• [7]: David Haliday: Cơ sở vật lý tập 3 NXB Giáo dục 1998.
• [8]: Ngô Văn Khoát: Hỏi đáp về các hiện tượng vật lý. NXB Khoa
học và Kỹ thuật 1973.
• [9]: L.D.Landau
• [10]: Phạm Quý Tư: Bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí trung học phổ
thông – Nhiệt học và vật lí phân tử, NXB Giáo dục Việt Nam.
• [11] : Tuyển tập câu hỏi định tính vật lý – Nguyễn Quang Đông


NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH
Gồm 7 chương
 Chương I : Những cơ sở của thuyết động học phân tử
của khí lý tưởng.
 Chương II: Sự va chạm của các phân tử. Các hiện
tượng truyền trong chất khí.
 Chương III: Những nguyên lý cơ bản của nhiệt động
lực học.
 Chương IV: Khí thực
 Chương V: Những tính chất của chất lỏng
 Chương VI+VII: Chất rắn kết tinh + biến đổi pha


MỞ ĐẦU









Nhiệt phân tử là gì ?
Nhiệt phân tử là 1 phần của vật lý nghiên cứu các hiện
tượng nhiệt dựa trên sự hiểu biết về cấu tạo phân tử của
vật chất
Hiện tượng nhiệt : liên quan cấu tạo bên trong của vật và
các HT xảy ra bên trong vật ( chuyển động nhiệt).
1. Đối tượng :
Một hệ gồm 1 số rất lớn phân tử chuyển động có đặc
điểm thể hiện 3 nội dung cơ bản của thuyết động học.


2. Phương pháp nghiên cứu
2.1 Vật lý phân tử với quan điểm vi mô và PP vật lý thống kê
+ Quan điểm vi mô: là coi hệ 1 tập hợp của một số rất lớn các hạt
chuyển động lên hệ chúng luôn luôn chuyển động và tương tác với
nhau.
+ PPVLTK: không quan tâm đến chuyển động của từng phân tử
riêng biệt mà chỉ quan tâm đến giá trị TB đặc trưng cho chuyển
động của vô số các hạt. GTTB này liên quan đến các đại lượng vĩ
mô đặc trưng cho hệ dựa vào lý thuyết xác suất và quy luật thống
kê để tìm GTTB.
2.2 Nhiệt học với quan điểm vĩ mô và PP nhiệt động lực học

+ Quan điểm vĩ mô: coi hệ là 1 môi trường vật chất liên tục
không chú ý đến cấu trúc hạt bên trong của hệ.
+ PPNĐLH : định luật vật lý vĩ mô, ĐL bảo toàn biến đổi năng
lượng để NC điều kiện biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng
khác xảy ra trong các HT từ đó rút ra tính chất của các vật.
/>

CHƯƠNG I Những cơ sở của thuyết động học
phân tử của khí lý tưởng.
BÀI 1: MẪU KHÍ LÝ TƯỞNG

Để nghiên cứu tính chất vĩ mô của chất khí người ta xây dựng
mẫu khí lý tưởng:
1. KLT gồm 1 số rất lớn các phân tử có kích thước rất
nhỏ, các phân tử chuyển động hỗn loạn và không
ngừng.
2. Lực tương tác giữa các phân tử chỉ trừ lúc va chạm là
đáng kể còn thì rất nhỏ có thể bỏ qua.
3. Sự va chạm lẫn nhau giữa các phân tử khí hay va chạm
giữa phân tử khí với thành bình tuân theo quy luật va
chạm đàn hồi


BÀI 2: ÁP SUẤT CHẤT KHÍ
1. Định nghĩa
+ Theo quan điểm vĩ mô : lực nén của khí tác dụng vuông
góc lên một đơn vị diện tích thành bình.

F
p=

∆S

(2.1)

p: áp suất chất khí ( N/m2)
F: lực nén của khí vuông góc
với diện tích của thành bình (N)

+ Theo quan điểm vi mô : lực của các phân tử chất khí tác
dụng vuông góc lên 1 đơn vị diện tích thành bình chính là
áp suất chất khí.

Do đâu mà khí gây
ra áp suất đối với
thành bình???


BÀI 2: ÁP SUẤT CHẤT KHÍ
2. Công thức cơ bản của thuyết động học phân tử

2
p = nW
3

(2.2)

 (2.2) công thức cơ bản của thuyết động học phân tử của khí lý tưởng

Trong đó : n là mật độ phân tử khí
là động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử

Nhận xét:
- Áp suất thể hiện tính chất vĩ mô của tính chất chuyển
động nhiệt của các phân tử.
- Công thức (2.2) đúng cho mọi trường hợp, KQ hoàn toàn
không phụ thuộc hình dạng.
- Khảo sát áp suất trong bình, áp suất tại mọi điểm như
nhau.
Tại sao nói áp suất mang tính thống kê????


2. Công thức cơ bản của thuyết động học chất khí

2
p = nW
3
Ta lại có:
3
W = k .T
2

(2.2)

(2.3)

Ý nghĩa của (2.4)
Số va chạm các pt

p = n.k .T

(2.4) áp suất phụ thuộc nhiệt độ

∈
mật độ phân tử (n)

p∈
Cường độ va
chạm của các pt

(2.4)

∈
Vận tốc phân tử (c) ∈
T

p tỉ lệ thuận với n và c


BÀI 2: ÁP SUẤT CHẤT KHÍ

3. Đơn vị của áp suất :
+ Trong hệ SI : 1N/m2=1Pa
+ Ngoại hệ ( Vật lý) : 1atm = 1,013.105N/m2
Atmophe vật lý (atm) là áp suất gây nên bởi trọng lượng cột
thủy ngân cao 760mm

+ Ngoại hệ ( kỹ thuật) : 1at = 9,81.104N/m2
+ Torr (mmHg) : 1torr = 1mmHg = 133,3N/m2
Vậy 1atm = 760mmHg = 1,013.105 N/m2=1,033at

BÀI 3: NHIỆT ĐỘ

1. Cảm giác nóng lạnh và độ nóng của vật
Phân biệt độ nóng của 1 vật dựa trên 3 mức : nóng , lạnh , ấm
Nhận xét: Dựa vào cảm giác không thể xác định chính
xác nhiệt độ.
Muốn xác định khái niệm nhiệt độ một cách khoa
học chỉ có thể dựa vào hiện tượng vật lý

2. Sự cân bằng nhiệt
Hiện tượng: Nếu để 2 vật có độ nóng khác nhau tiếp xúc với nhau thì
một vật độ nóng giảm đi , một vật khác lạnh nóng lên. Sau một thời
gian 2 vật sẽ có độ nóng như nhau. Ta nói 2 vật ở trạng thái cân bằng
nhiệt.
Sự cân bằng không chỉ xảy ra ở 2 vật , mà còn xảy ra nhiều vật
Căn cứ nhận xét trên và khái quát những KQ thực nghiệm cho mọi hệ vật
chất chứng tỏ tồn tại đại lượng gọi là nhiệt độ, đại lượng này khi không
có sự can thiệp từ bên ngoài nó có khuynh hướng tiến tới cùng 1 giá trị
cho mọi vật bất kể bản chất hoá học và trạng thái vật lý của chúng.


BÀI 3: NHIỆT ĐỘ
Nhiệt độ θ
được xác định bởi công thức :

Ta lại có:

2
θ = W = kT

3

2
p = n.W = n.θ
3

(3.1)
(3.2)

+ Ý nghĩa VL: nếu phân tử chuyển động càng nhanh thì động năng
TB của chuyển động tịnh tiến của pt càng lớn do đó nhiệt độ càng cao
hoặc ngược lại.
Vậy nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho tính chất vĩ mô của vật, thể
hiện mức độ nhanh hay chậm của chuyển động hỗn loạn của các
phân tử cấu tạo nên vật đó.

Lưu ý: khi T=0K ??


BÀI 3: NHIỆT ĐỘ

3. Đơn vị nhiệt độ : độ
4. Các loại nhiệt giai
Nhiệt giai

Nhiệt độ của nước
đá đang tan

Nhiệt độ của
hơi nước sôi

Celsius

0oC

100oC

Fahrenheit

32oF

212oF

Kelvin

273K

373K

Reaumur

0oR

80oR

CT chuyển đổi sang OC

9 o
t F = t C + 32
5

o

T ( K ) = t C + 273
o

4 o
t R= t C
5
o


BÀI 3: NHIỆT ĐỘ

5. Các loại nhiệt kế (SV tự tìm hiểu- seminar)
Các loại

Vật nhiệt kế

Nhiệt kế chất khí

….

Nhiệt kế chất lỏng
Nhiệt kế điện trở
Cặp nhiệt điện

?????Tìm hiểu các dụng
cụ đo nhiệt và ứng dụng
trong thực tế.

Đại lượng
nhiệt kế

Phạm vi sử
dụng


BÀI 4: PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG

1. Thông số trạng thái: trạng thái của khí (p, V, T)
2. Định luật Boyle-Mariotte

pV = const

(4.1)

3. Định luật Charles

p
= const
T

(4.2)

4. Phương trình trạng thái của chất khí:

pV
= const
T

(4.3)

Điều kiện
áp dụng
PTTT là gì?


5. Phương trình Cla-pê-rôn-Men-đê-lê-ép

M
pV =
RT

µ

(4.4)

R là hằng số khí chung của chất khí.
M: khối lượng của khối khí

µ

: khối lượng kmol KLT

J
R = 8,31.10
kmol.đô
3

J

R = 8,31
mol.đô


BÀI 5: CÁC ĐỊNH LUẬT CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG

1. Định luật Boyle-Mariotte (1662-1672)
a. Điều kiện: T = const
b. Phương trình: p.V = const
c. Phát biểu:
d. Đồ thị
e. Giải thích định tính
+ Áp suất p phụ thuộc: số va chạm các phân tử ( n) và cường độ va
chạm của các phân tử (T) .
+ Theo định luật T = const: thì khi p tăng số va chạm các phân tử tăng
lên dẫn đến mật độ phân tử n phải tăng bắt buộc thể tích khí giảm
xuống.
1

p∝

V


BÀI 5: CÁC ĐỊNH LUẬT CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG

3. Định luật Charles (1787_ nhà hoá học người Pháp)
a. Điều kiện: V = const
b. Phương trình:
c. Phát biểu

p
= const
T

d. Đồ thị
e. Giải thích ( SV trả lời)
CHỨNG MINH V2>V1