Bài giảng Vật Lý 1 - Phần 2: Nhiệt học - Bài: Khí lý tưởng - Lê Quang Nguyên

Nội dung text: Bài giảng Vật Lý 1 - Phần 2: Nhiệt học - Bài: Khí lý tưởng - Lê Quang Nguyên

1. Nội dung 1. Phương trình trạng thái Thực nghiệm 2. Công khi co dãn Khí lý tưởng Lý thuyết: phân tử 3. Phương trình căn bản là chất điểm 4. Phân bố Maxwell Lê Quang Nguyên Mở rộng: phân tử 5. Bậc tự do www4.hcmut.edu.vn/~leqnguyen khác chất điểm 6. Nội năng khí lý tưởng nguyenquangle59@yahoo.com 7. Nhiệt dung Áp dụng 8. Quá trình đoạn nhiệt 1a. Số Avogadro Câu hỏi 1 • Số nguyên tử (phân tử) trong một mol : Trộn 8 g khí O2 với 22 g khí CO 2. Khối lượng của một mol hỗn hợp này là: N =6,02 × 10 23 A • Số mol của một chất: A. 30 g N: số nguyên tử (phân tử) B. 40 g = N n C. 45 g NA Ms: khối lượng chất D. 60 g M: khối lượng mol M M n = s = s M mN m: khối lượng nguyên tử A (phân tử)
2. Trả lời câu 2 Đường đẳng 2. Công thực hiện bởi khí lý tưởng – 1 • Thể tích không đổi: nhiệt PV = const V2 n2 RT Đường đẳng Dãn nở: W 0 V1 P1 P2 T1 T2 P2 ⇒ T2 = 2 T 1 • Quá trình đẳng tích (V = const): W = 0 P V 1 W= − PV − V • Quá trình đẳng áp (P = const): ( 2 1 ) 19 • Quá trình đẳng nhiệt (T = const): T2 =600 = 285 K =° 12 C T(C) = T(K) − 273 40 V 2 nRT V W= − dV ⇒W = − nRT ln 2 • Trả lời: D ∫ V V1 V1 2. Công thực hiện bởi khí lý tưởng – 2 Câu hỏi 3 • Trong giản đồ P-V: Hai mol khí lý tưởng lưỡng nguyên tử dãn nở 3 3 • |W| = Diện tích giới hạn giữa đường cong đẳng nhiệt từ thể tích 2m đến 4m ở nhiệt độ P(V) và trục V. 27 °C. Công mà khối khí nhận được trong quá trình này là: A. 3456 J B. −3456 J C. 3645 J • Công thực hiện phụ thuộc vào quá trình. D. −3645 J
3. 4a. Phân bố Maxwell - 2 4b. Các vận tốc đặc trưng f (v) Mô phỏng • Vận tốc có xác suất 2kT kT v = = 1,41 lớn nhất xs m m Diện tích = số phân tử có v trong khoảng 8kT kT dv (200, 200 + dv )/ N • Vận tốc trung bình v = = 1,60 tb πm m (200) (200) kT kT f • Vận tốc căn quân 3 v = = 1,73 phương c m m v (m/s) 4b. Các vận tốc đặc trưng (tt) Câu hỏi 5 f (v) Một khối khí dãn nở đẳng áp cho đến khi thể tích tăng lên gấp 4 lần. Nếu vận tốc trung bình của phân tử khí lúc đầu là v thì lúc sau sẽ là: A. v B. 3v C. 2v v (m/s) D. v/2 vxs vtb vc
4. 6b. Nội năng của khí lý tưởng Câu hỏi 6 • Năng lượng của một phân tử khí = tổng Trong một bình kín có 20 g khí N2 và 32 g khí năng lượng theo các bậc tự do: O2. Tìm độ biến thiên nội năng của hỗn hợp kT kT khí khi nhiệt độ của hỗn hợp giảm đi 28 °C: u= i + i + i kT tt2 q 2 dd kT A. 997,2 J ui= + i + 2 i ()tt q dd 2 B. 997,2 cal • Suy ra nội năng của khí lý tưởng: C. 99,72 J D. 99,72 cal NkT Nội năng khí lý U= i + i + 2 i ()tt q dd 2 tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ Trả lời câu 6 Câu hỏi 7 • Bỏ qua dao động , nội năng của hỗn hợp: Một kmol khí lý tưởng lưỡng nguyên tử trải 5 5 qua hai quá trình biến đổi liên tiếp: U= nO + n N RT ∆=U nO + nRT N ∆ 2( 2 2 ) 2( 2 2 ) (a) đẳng áp (P, V) → (P, 4V) (b) đẳng nhiệt (P, 4V) → (2P, 2V) nN =20 28= 0,714 2 Tìm độ biến thiên nội năng của khí. n =32 32= 1 O2 A. 33 PV /2 B. 21 PV /2 ∆=+U2,5( 1 0,714)( 8,314)( 28) = 997,5 ( J ) C. 27 PV /2 D. 15 PV /2 • Trả lời: A
5. 7c. Nhiệt dung mol đẳng áp 8. Quá trình đoạn nhiệt • Phương trình đường CP= C V + R đoạn nhiệt: Các đường đẳng nhiệt • Bảo toàn năng lượng: PVγ = const = + Quá trình dU dQ dW nCV dT= nC P dT − nRdT đoạn nhiệt • Mặt khác: • Chỉ số đoạn nhiệt : = dQ nCP dT nCdT= nC + RdT CP P( V ) γ = dU= nCV dT CV • Công do khí thực hiện khi P = const: γ > 1 : đường đoạn dW=− PdV =− nRdT • Nở đoạn nhiệt làm nhiệt dốc hơn giảm nhiệt độ. đường đẳng nhiệt Tóm tắt PV= NkT = nRT U= nCV T V2 W= − PdV = + + R ∫ CV() ii tt q2 i dd V1 2 2 PV= NK C= C + R 3 P V v= akTm PVγ = const dac trung vsx vtb vc a 1,41 1,60 1,73