Thuyết động học phân tử cho biết bản chất của nhiệt chính là sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử, đánh đổ hoàn toàn các quan điểm về chất nhiệt trước đó. Nó giải thích thỏa đáng mọi hiện tượng và tính chất nhiệt của các chất. Từ phương trình cơ bản (7.1), ta tìm được phương trình trạng thái khí lí tưởng, kiểm nghiệm lại các định luật thực nghiệm về chất khí trước đó. Show 1. Phương trình trạng thái khí lí tưởngTrạng thái của một hệ vật lý được mô tả bởi các thông số – gọi là thông số trạng thái. Thông số nào đặc trưng cho tính chất vi mô của hệ thì ta gọi đó là thông số vi mô; thông số nào đặc trưng cho tính chất vĩ mô của hệ thì ta gọi đó là thông số vĩ mô. Trạng thái của một khối khí lí tưởng có thể được mô tả bởi các thông số vĩ mô: nhiệt độ T, áp suất p và thể tích V. Phương trình diễn tả mối quan hệ giữa các thông số đó, được gọi là phương trình trạng thái lí tưởng. Ta có thể tìm được mối quan hệ này từ phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử (7.1). Thật vậy: Nếu gọi n là nồng độ (mật độ) phân tử khí thì số phân tử khí chứa trong thể tích V là: \( N = nV \). Từ (7.4), suy ra: \( p.V=nkT.V=NkT=\frac{N}{{{N}_{A}}}{{N}_{A}}kT \), với NA là số phân tử chứa trong một mol khí ( \( {{N}_{A}}=6,{{02.10}^{23}}\text{ }mo{{l}^{-1}} \) do nhà Bác học Avogadro xác lập nên được gọi là số Avogadro); \( \frac{N}{{{N}_{A}}}=\frac{m}{\mu } \) = số mol khí. Vậy: \( pV=\frac{m}{\mu }RT \) (7.6) trong đó, R là hằng số khí lí tưởng: \(R=k.{{N}_{A}}=1,{{38.10}^{-23}}.6,{{02.10}^{-23}}=8,31\text{ }\left( J.mo{{l}^{-1}}.{{K}^{-1}} \right)\)\(=0,082\text{ }\left( atm.lit.mo{{l}^{-1}}.{{K}^{-1}} \right)=0,084\text{ }\left( at.lit.mo{{l}^{-1}}.{{K}^{-1}} \right)\) Phương trình (7.6) được gọi là phương trình Mendeleev – Clapeyron. Đó chính phương trình trạng thái của một khối khí lí tưởng bất kì. Đối với một khối khí xác định (m = const), ta có: \( \frac{pV}{T}=const \) (7.7) Vậy, với một khối khí xác định, khi biến đổi từ trạng thái (1) sang trạng thái (2) thì: \( \frac{{{p}_{1}}{{V}_{1}}}{{{T}_{1}}}=\frac{{{p}_{2}}{{V}_{2}}}{{{T}_{2}}} \) (7.8) (7.7) và (7.8) là các phương trình trạng thái của một khối khí lí tưởng xác định. 2. Các định luật thực nghiệm về chất khíTừ (7.7) ta có thể tìm lại các định luật thực nghiệm về chất khí. a) Định luật Boyle – Mariotte Khi \( T = const \), từ (7.7), suy ra: \( pV = const \) (7.9) Hay p1V1 = p2V2 (7.9a) Vậy, ở nhiệt độ nhất định, áp suất và thể tích của một khối khí xác định tỉ lệ nghịch với nhau.  Đường biểu diễn áp suất p biến thiên theo thể tích V khi nhiệt độ không đổi được gọi là đường đẳng nhiệt. Đường đẳng nhiệt là một đường cong Hyperbol. Với các nhiệt độ khác nhau thì đường thẳng nhiệt cũng khác nhau. Đường nằm trên có nhiệt độ cao hơn đường nằm dưới (T2 > T1) (hình 7.3). b) Định luật Gay Lussac Khi \( p = const \), từ (6.7) suy ra: \( \frac{V}{T}=const \) hay \( \frac{{{V}_{1}}}{{{T}_{1}}}=\frac{{{V}_{2}}}{{{T}_{2}}} \) (7.10) Vậy, ở áp suất nhất định, thể tích và nhiệt độ tuyệt đối của một khối khí xác định tỉ lệ thuận với nhau. Đường biểu diễn thể tích V biến thiên theo nhiệt độ T khi áp suất không đổi, được gọi là đường đẳng áp. Đường đẳng áp là một đường thẳng có phương đi qua gốc tọa độ (hình 7.4). Áp suất càng thấp đường biểu diễn càng dốc. c) Định luật Charles khi V = const, tương tự, ta cũng có: \( \frac{p}{T}=const \) hay \( \frac{{{p}_{1}}}{{{T}_{1}}}=\frac{{{p}_{2}}}{{{T}_{2}}} \) (7.11) Vậy, ở thể tích nhất định, áp suất và nhiệt độ tuyệt đối của một khối khí xác định tỉ lệ thuận với nhiệt nhau. Đường biểu diễn áp suất p biến thiên theo nhiệt độ T khi thể tích không đổi, được gọi là đường đẳng tích. Đường đẳng tích là một đường thẳng có phương qua gốc tọa độ và có độ dốc càng lớn khi thể tích càng nhỏ. d) Định luật Dalton Xét một bình kín chứa một hỗn hợp gồm m chất khí khác nhau. Gọi n1, n2, …., nm là nồng độ tương ứng của các khí thành phần thì nồng độ của hỗn hợp khí đó là n = n1 + n2 + … + nm. Theo (7.4), ta có: \( p=nkT=\left( {{n}_{1}}+{{n}_{2}}+{{n}_{3}}+…+{{n}_{m}} \right)kT \) Hay \( p={{n}_{1}}kT+{{n}_{2}}kT+{{n}_{3}}kT+…+{{n}_{m}}kT={{p}_{1}}+{{p}_{2}}+…+{{p}_{m}} \) (7.12) Vậy, áp suất của một hỗn hợp khí bằng tổng các áp suất riêng phần của các khí thành phần tạo nên.
Phương trình trạng thái của khí lí tưởng cho biết...
Câu hỏi: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng cho biết mối quan hệ giữa các đại lượng nào sau:A. Nhiệt độ và áp suất. B. áp suất, thể tích và nhiệt độ. C. Thể tích và áp suất. D. Nhiệt độ và thể tích. Đáp án
B
Câu hỏi trên thuộc đề trắc nghiệm Đề kiểm tra chất lượng giữa HK2 môn Lý 10 năm 2019 trường THPT Lê Quý ĐônLớp 10 Vật lý Lớp 10 - Vật lý
Phương trình trạng thái khí lý tưởng là một phương trình thể hiện mối liên hệ giữa các đại lượng áp suất, thể tích, và nhiệt độ của một khối khí lý tưởng nằm trong cân bằng nhiệt động lực học. Nó cũng được sử dụng như là một cách đơn giản để ước lượng hành vi của khối khí trong các điều kiện khác nhau, mặc dù vẫn còn một số hạn chế. Người đầu tiên viết ra phương trình này là Benoit Clapeyron vào năm 1834 như một sự kết hợp kinh nghiệm của định luật Boyle, định luật Charles và định luật Avogadro.[1] Phương trình này có dạng: với Trong hệ đo lường quốc tế, p đo bằng pascal, V đo bằng mét khối, T đo bằng kelvin và n đo bằng mol thì hằng số R là: Trong hệ đo lường khác, giá trị của R cũng hay được dùng là Phương trình này chỉ là gần đúng cho các khí thực. Nó sẽ chính xác hơn nếu khí thực nằm trong trạng thái gần với khí lý tưởng, như cho các khí đơn nguyên tử, ở nhiệt độ cao và áp suất thấp. Phương trình này bỏ qua kích thước của các hạt trong chất khí so với toàn bộ thể tích của khí, cũng như bỏ qua tương tác giữa các hạt, ngoài tương tác va chạm đàn hồi tại khoảng cách vô cùng nhỏ giữa chúng. Với khí thực các phương trình trạng thái khác như phương trình Van der Waals có tính đến các hiệu ứng kể trên và chính xác hơn. Xem thêmSửa đổi
Tham khảoSửa đổi
|
