Nhiệt động lực học vật rắn chất lỏng sự chuyển pha

Nhiệt động lực học
Vật rắn- Chất lỏng
Sự chuyển pha
A. Lý thuyết
I.
Sự trao đổi nhiệt
- Xác định độ biến thiên nhiệt lượng của một vật trong quá trình truy ền
nhiệt thông qua biểu thức: Q = m.c.∆t
+ Viết phương trình cân bằng nhiệt: ∑Q=0
+ Xác định các đại lượng theo yêu cầu của bài toán.
II. Sự chuyển pha( Sự chuyển thể)
- Điểm nóng chảy của một chất bất kì có nhiệt độ trùng với điểm đông
đặc của chất đó, tại điểm nóng chảy( điểm đông đặc), nếu chất rắn
thu nhiệt lượng thì nó sẽ nóng chảy, n ếu ch ất l ỏng t ỏa nhi ệt l ượng
thì nó sẽ đông đặc, tương tự, tại điểm hóa hơi( điểm ngưng t ụ), n ếu
chất lỏng thu nhiệt lượng thì nó sẽ hóa hơi, nếu chất khí tỏa nhi ệt thì
nó sẽ ngưng tụ.
- Công thức tính nhiệt nóng chảy: Q = m
+ m (kg): khối lượng.
+ (J/kg): Nhiệt nóng chảy riêng.
- Công thức tính nhiệt hóa hơi: Q = Lm
+ L(J/kg): Nhiệt hóa hơi riêng.
+ m (kg) khối lượng chất lỏng.
+ c (J/kg. k): nhiệt dung riêng.
Chú ý: Khi sử dụng những công thức này cần chú ý là các nhi ệt l ượng thu
vào hoặc tỏa ra trong quá trình chuyển thể Q = m và Q = L.m đ ều đ ược tính
ở một nhiệt độ xác định, công công thức Q = m.c (t 2 – t1) được dùng khi
nhiệt độ thay đổi.
+ Lưu ý: Khi ta sử dụng biểu thức ∑Q=0 thì có bao nhiêu nhiệt lượng trao
đổi, ta cộng lại bấy nhiêu, tuyệt đối không biến chuy ển công th ức tính đ ộ
biến thiên nhiệt lượng.

III. Các nguyên lý của nhiệt động lực học
Dạng 1 : Tính toán các đại lượng liên quan đến công, nhiệt và độ biến
thiên nội năng
Áp dụng nguyên lý I: U = A + Q
Trong đó: (J): Độ biến thiên nội năng.
(J): Công.
Q(J): Nhiệt lượng.
 Qui ước dấu:
Biên soạn: Đoàn Việt Tuyến- Học sinh chuyên lý THPT chuyên Huỳnh Mẫn Đạt

1


+ nội năng tăng, nội năng giảm.
+ vật nhận công , vật thực hiện công.
+ vật nhận nhiệt lượng, vật truyền nhiệt lượng.

+ Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch:
- Quá trình thuận nghịch là quá trình vật tự trở về trạng thái ban đầu mà không
cần đến sự can thiệp của vật khác.
- Quá trình không thuận nghịch là quá trình chỉ có thể xảy ra theo một chiều xác
định, không thể tự xảy ra theo chiều ngược lại. Muốn xảy ra theo chiều ngược lại
phải cần đến sự can thiệp của vật khác.
Chú ý:
- Đối với một lượng khí lý tưởng:
a. Quá trình đẳng tích: nên
b. Quá trình đẳng nhiệt: nên Q = -A
c. Quá trình đẳng áp
- Công giãn nở trong quá trình đẳng áp:
: Áp suất của khối khí.

: Là thể tích lúc đầu và lúc sau của khí.
- Có thể tính công bằng công thức: ( nếu bài toán không cho V2)
Đơn vị thể tích V (m3), đơn vị của áp suất p (N/m2) hoặc (Pa).
Dạng 2: Bài toán về hiệu suất động cơ nhiệt
- Nguyên lý 2 của nhiệt động lực học: Một hệ lớn và không trao đổi năng
lượng với môi trường sẽ có entropy luôn tăng hoặc không đổi theo thời
gian.
- Cách phát biểu của Clausius: Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang vật
nóng hơn
- Cách phát biểu của Carnot: Động cơ nhiệt không thể chuyển hóa tất cả nhiệt
lượng nhận được thành công cơ học.
- Quy ước: + Nhiệt lượng nguồn nhiệt truyền: > 0
+ Nhiệt lượng nguồn lạnh nhận: < 0
- Hiệu suất thực tế:
H = (%)
Biên soạn: Đoàn Việt Tuyến- Học sinh chuyên lý THPT chuyên Huỳnh Mẫn Đạt

2


- Hiệu suất lý tưởng( Hiệu suất cực đại): Hmax = 1 - và H Hmax
+ Bất đẳng thức Clausius: < 0
IV. Vật rắn :
1. Cấu trúc tinh thể
- Cấu trúc tinh thể là cấu trúc tạo bởi các hạt liên kết chặt chẻ với nhau bằng
những lực tương tác và và sắp xếp theo một trật tự hình học không gian xác định
gọi là mạng tinh thể, trong đó mỗi hạt luôn dao động nhiệt quanh vị trí cân bằng
của nó.
- Chất rắn có cấu trúc tinh thể gọi là chất rắn kết tinh.
- Kích thước tinh thể của một chất tuỳ thuộc quá trình hình thành tinh thể diễn

biến nhanh hay chậm : Tốc độ kết tinh càng nhỏ, tinh thể có kích thước càng lớn.
2. Các đặc tính của chất rắn kết tinh
- Các chất rắn kết tinh được cấu tạo từ cùng một loại hạt, nhưng cấu trúc tinh thể
không giống nhau thì những tính chất vật lí của chúng cũng rất khác nhau.
- Mỗi chất rắn kết tinh ứng với mỗi cấu trúc tinh thể có một nhiệt độ nóng chảy
xác định không dổi ở mỗi áp suất cho trước.
- Chất rắn kết tinh có thể là chất đơn tinh thể hoặc chất đa tinh thể. Chất đơn tinh
thể có tính dị hướng, còn chất đa tinh thể có tính đẵng hướng.
3. Chất rắn vô định hình
- Chất rắn vô định hình là các chất không có cấu trúc tinh thể và do đó không có
dạng hình học xác định.
- Các chất rắn vô định hình có tính đẵng hướng và không có nhiệt độ nóng chảy
xác định. Khi bị nung nóng, chúng mềm dần và chuyển sang thể lỏng.
- Một số chất rắn như đường, lưu huỳnh, … có thể tồn tại ở dạng tinh thể hoặc
vô định hình.
V.
Sự biến dạng do lực cơ học tác dụng của vật rắn (Biến dạng
cơ)
- Định luật Hooke: Fđh = k
Trong đó: k = E
+ k ( N/m) độ cứng ( Hệ số đàn hồi).
+ E ( N/m2 hay Pa) : Suất Young( Suất đàn hồi).
+ S (m2) : Tiết diện.
lo (m): Chiều dài ban đầu
- Độ biến dạng tỉ đối:
- Diện tích hình tròn:
+ d(m): Đường kính hình tròn.
+ r(m): Bán kính hình tròn.
Bài toán cắt lò xo: Độ cứng của lò xo tỉ lệ nghịch với chiều dài:

l0.k0= l1.k1=…= ln.kn= E.S= const

Biên soạn: Đoàn Việt Tuyến- Học sinh chuyên lý THPT chuyên Huỳnh Mẫn Đạt

3


VI. Sự nở vì nhiệt của vật rắn (Biến dạng nhiệt)
Dạng 1. Sự nở dài
- Công thức tính độ nở dài: = - 0 = 0t
Với là chiều dài ban đầu tại t0
- Công thức tính chiều dài tại :
Trong đó : : Hệ số nở dài (K-1).
= Sự nở đường kính và sự nở bán kính :


Trong đó :
+ r(m) : Bán kính hình tròn.
+ d(m) : Đường kính hình tròn.
+ c(m) : Chu vi đường tròn.
= Sự nở diện tích :
Dạng 2. Sự nở khối
- Công thức độ nở khối : V=V–V0 = V0 t
- Công thức tính thể tích tại : V = Vo (1 +
Với V0 là thể tích ban đầu tại t0
+ Lưu ý : ≈ 3 : Hệ số nở khối (K-1)
= Về khối lượng riêng :
VII. Sức căng mặt ngoài
+ Lưu ý: Mỗi mặt thoáng có một màng căng.
Dạng 1 : Tính toán các đại lượng trong công thức sức căng m ặt ngoài

của chất lỏng.
- Lực căng bề mặt chất lỏng : =
(N/m) : Hệ số căng mặt ngoài.
(m) : Chiều dài của đường giới hạn có sự tiếp xúc giữa chất lỏng và ch ất
rắn.
Chú ý : Cần xác định bài toán cho mấy màng căng.
Dạng 2 : Tính lực cần thiết để bứt( nâng) vật ra khỏi chất lỏng
- Để nâng được :
- Lực tối thiểu :
Trong đó :
+ P = mg : Trọng lượng của vật
+ : Lực căng bề mặt của chất lỏng

Biên soạn: Đoàn Việt Tuyến- Học sinh chuyên lý THPT chuyên Huỳnh Mẫn Đạt

4


- Thông thường, sẽ có 2 màng căng tác dụng lên m ột vật đ ặt trong ch ất
lỏng (chất lỏng chưa ngập hoàn toàn vật), lúc này lực căng được tính :
- Trong trường hợp vật là một vòng xuyến, hoặc một khung:
+ Khi bề dày cạnh không đáng kể:
+ Khi bề dày cạnh là đáng kể:

Dạng 3: Bài toán về hiện tượng nhỏ giọt của chất lỏng
- Trong trường hợp này, chỉ có một màng căng.
- Đầu tiên giọt nước to dần nhưng chưa rơi xuống.
- Ngay tại lúc giọt nước rơi:
( là chu vi miệng ống)
Hoặc:

Trong đó:
+ n: Số giọt nước.
+ M: Khối lượng nước trong ống.
+ V( m3): Thể tích nước trong ống.
+ D(kg/m3): Khối lượng riêng chất lỏng
+ d (m): Đường kính miệng ống
Dạng 4: Hiện tượng dính ướt và không dính ướt- Mao dẫn
- Nếu:
+ Lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng với nhau m ạnh h ơn l ực
tương tác giữa các phân tử chất lỏng và chất rắn => Chất lỏng không b ị
dính ướt (bề mặt chất lỏng dạng lồi).
+ Lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng với nhau yếu hơn lực tương
tác giữa các phân tử chất lỏng và chất rắn => Chất lỏng b ị dính ướt (b ề
mặt chất lỏng dạng lõm).
+ Lưu ý: Hiện tượng dình ướt và không dính ướt được dùng để làm giàu
quặng trong công nghiệp theo phương pháp tuyển nổi.
=> Hiện tượng mao dẫn.
Mực chênh lệch chất lỏng do hiện tượng mao dẫn.

Biên soạn: Đoàn Việt Tuyến- Học sinh chuyên lý THPT chuyên Huỳnh Mẫn Đạt

5


Trong đó:
+ h(m): Mực chênh lệch chất lỏng so với ngoài ống.
+ (N/m): Hệ số căng mặt ngoài.
+ d (m): Đường kính miệng ống.
+ D(kg/m3): Khối lượng riêng chất lỏng.
- Ứng dụng:

+ Các ống mao dẫn trong bộ rễ và thân cây dẫn nước hoà tan khoáng chất lên
nuôi cây.
+ Dầu hoả có thể ngấm theo các sợi nhỏ trong bấc đèn đến ngọn bấc để cháy.
VIII. Độ ẩm không khí:
1. Độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm cực đại
a. Độ ẩm tuyệt đối
- Độ ẩm tuyệt đối a của không khí là đại lượng được đo bằng khối lượng hơi
nước tính ra gam chứa trong 1m3 không khí.
- Đơn vị của độ ẩm tuyệt đối là g/m3.
b. Độ ẩm cực đại
- Độ ẩm cực đại A là độ ẩm tuyệt đối của không khí chứa hơi nước bảo hoà. Giá
trị của độ ẩm cực đại A tăng theo nhiệt độ.
- Đơn vị của độ ẩm cực đại là g/m3.
2. Độ ẩm tỉ đối
- Độ ẩm tỉ đối f của không khí là đại lượng đo bằng tỉ số phần trăm giữa độ ẩm
tuyệt đối a và độ ẩm cực đại A của không khí ở cùng nhiệt độ :
hoặc tính gần đúng bằng tỉ số phần trăm giữa áp suất riêng phần p của hơi nước
và áp suất pbh của hơi nước bảo hoà trong không khí ở cùng một nhiệt độ.
- Không khí càng ẩm thì độ ẩm tỉ đối của nó càng cao.
- Có thể đo độ ẩm của không khí bằng các ẩm kế : ẩm kế tóc, ẩm kế khô – ướt,
ẩm kế điểm sương.

Biên soạn: Đoàn Việt Tuyến- Học sinh chuyên lý THPT chuyên Huỳnh Mẫn Đạt

6