Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 17: Khí thực và chuyển pha - Đỗ Ngọc Uấn

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 17: Khí thực và chuyển pha - Đỗ Ngọc Uấn

1. Ch−ơng 17 Khí thực vμ chuyển pha Bμi giảng Vật lý đại c−ơng Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Tr−ờng ĐH Bách khoa Hμ nội
2. pi~n0 mật độ hạt lớp I vμ pi~n0 lớp II II I N a ->p ~n 2 => p ~ ()2 ⇒ i 0 i V 2 4 2 V RT a-N.m /mol (phụ thuộc p = − p bản chất chất khí) V− b i a pi lμm ‚ Một mol khí thực:+p()( V2 − b ) = RTp giảm m V ƒ m kg khí v = V m μ μ lμ số mol vμ V = v thực: 2 μ m a m m m p( + )( v− )b = RT μ2v 2 μ μ a, b lμ các hằng số phụ thuộc vμochấtkhí(tra bảng Trang 192 sách bμi tập) áp suất cμng cao thì ảnh h−ởng của nội áp vμ cộng tích cμng rõ.
3. RT a Tính các giá trị tới hạn p = − V− b V2 d2 p 2 RT 6 a VK RT a 2 = 0 − =0 = dV 3 4 3 3 ( VK − b )VK 3 ( VK − bV ) K dp RT 2 a = 0 − 2+3 =0 dV ( VK − b )VK a 8 a V= 3 b ; = p ; T = 0 K K 272 b K 27 bR 27 R2 2 T RT a = K ; b= K 64K P 8 PK
4. 3. So sánh đ−ờng đẳng nhiệt lý thuyết Van-der-Waals vμ đ−ờng đẳng nhiệt thực nghiệm Andrews: Ph−ơng trình Van-der-Waals cho đ−ờng đẳng nhiệt của khí thực trừ trạng thái hơi bão hoμ: • T>TK giống nhau; • TK giống nhau: Cùng có điểm tới hạn K với tiếp tuyến song song với OV • T<TK Khác nhau chỗ lồi lõm vμ vùng hơi bão hoμ, nh−ng nếu khí sạch trên đ−ờng thực nghiệm có đoạn chậm hoá lỏng vμ chậm bay hơi giống một đoạn của lý thuyết • ứng dụng: Hoá lỏng khí ở T<TK vμ p cao
5. 2. Hiệu ứng Joule-Thompson Lμ hiện t−ợng nhiệt độ của khí thực thay đổi khi giãn nở đoạn nhiệt vμ không trao đổi công với bên ngoμi (ΔT lμmlạnh, ΔT > 0 hiệu ứng âm) HƯ âm, d−ơng phụ thuộc vμo nhiệt độ xảy ra đối với khí cụ thể: HƯ d−ơng đối với H2 ở T<200K, He2 ởT<40K Trạng thái Trạng thái V1 V P2 2P2 P2 1(p1,V1,T1) P1P1P1P1 P2 2(p2,V2,T2)
6. • Không xảy ra đối với khí lý t−ởng • ứng dụng: x Lμm lạnh: nén khí ở nhiệt độ phù hợp với hiệu ứng d−ơng vμ cho giãn nở trong các ống kín. y Hoá lỏng khí ở T&p phù hợp. Tự đọc: Đ4. Sự chuyển pha: ‚ Định nghĩa pha, chuyển pha ƒ Chuyển pha loại I: ẩn nhiệt chuyển pha „ Điều kiện cân bằng 2 pha, 3 pha Số pha trong hệ nhiều cấu tử: Qui tắc pha của Gibbs: r ≤ n+2 † Ph−ơng trình Clapayron-Clausius:
7. •Chuyển pha loại I: Thuận nghịch, có hấp thụ hoặc toả nhiệt, V vμ S thay đổi đột ngột: Đạo hμm bậc nhất của các hμm nhiệt động thay đổi đột ngột. • Chuyển pha loại II: V,U,S Biến đổi liên tục không có nội ma sát: Kim loại ↔Siêu dẫn: Đạo hμm bậc hai của các hμm nhiệt động thay đổi đột ngột: ∂G ∂G loại II T loại I S)(= ( vp μ V= )T ψN ∂T ∂p Tnc 2 ∂ G ψ S CT)p= −( p B B ∂T 2 ac a t(s)
8. 2. điều kiện cân ằngb pha. Ph−ơng rìnht Clapeyron-Clausius a. Điều kiện cân bằng 2 pha: Chuyển p phaI pha xảy ra ở nhiệt độ vμ áp suất xác phaII định -> đ−ờng cân bằng giữa 2 pha: * T T1=T2; p1=p2. * dG=0 =>Số hạt hai pha n1+n2=n=const =>dn= dn1+dn2=0 2 dG= Vdp − +∑ SdTdni μ i 0 = i= 1 ( p ,μ1 T )= μ2 ( p , T ) dG= μ1 dn 1 + 2 μ dn 2 = 0
9. )k( ∑Ci = 1Suy ra có (n-1)r nồng độ độc lập. k Số thông số độc lập (biến) của hệ lμ (n-1)r+2 (số 2 lμ của p,T) Số ph−ơng trình cân bằng lμ (r-1)n: )k( )k( )k( ( pμ , T )1 = ( μ p2 , T ) = n = μ ( p , T ) Qui tắc pha của Gibbs (n-1)r+2 ≥ (r-1)n (số biến ≥ số ph−ơng trình), hay: r ≤ n+2 2. ph−ơng trình Clapeyron-Clausius: Xác định sự phụ thuộc của nhiệt độ chuyển pha vμo áp suất Xét chu trình Carnot với chất lỏng vμ hơi bão hoμ của nó: p=const -> T= const
10. dT T dT T =1 V Δ ⇒ =V Δ dP Q1 dP Q Nhiệt độ chuyển pha T>0 dT ẩn nhiệt Q>0: nhiệttoảrahoặcthu ~Δ V vμo trong quá trình chuyển pha dP  Kết luận: Nhiệt độ chuyển pha tỷ lệ với áp suất. ứng dụng: trong nồi hơi, nồi áp suất, P cao nhiệt độ sôi cao ( đến 200oC) Trên núi cao P thấp, n−ớc sôi d−ới 100oC