Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 2: Khí thực

VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNGCƠ HỌC - NHIỆT HỌCBÀI GIẢNG CHO SINH VIÊN CHÍNH QUYGiảng viênThS.NGUYỄN THANH NGATRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI-CƠ SỞ 2CHƯƠNG 2. KHÍ THỰC1-Thể tích riêng phân tử, lực tương tác giữa các phân tửThực nghiệm cho thấy : phương trình trạng thái KLT mô tả khá chính xác trạng thái chất khí ở điều kiện áp suất thấp, nhiệt độ cao ; Nhưng khi p tăng, hạ T thì phương trình trên không còn áp dụng được để mô tả trạng thái của khí thực.- Khi p tăng --> mật độ phân tử khí tăng --> khoảng cách trung bình giữa các phân tử khí giảm. Do đó, thể tích riêng của các phân tử và lực tương tác giữa các phân tử bắt đầu đóng vai trò đáng kể.Khi : r>r0 thì các phân tử hút nhauKhi : r , a là hệ số tỉ lệ, phụ thuộc bản chất của chất khíDo có nội áp nói trên nên áp suất khí (không tính đến tương tác) > áp suất thực p của chất khí một lượng pi, nghĩa là thay p --> p + pi1-Hiệu chỉnh về thể tích và áp suất$2.PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ THỰCV0--> V0-b p--> p + pi- Cho 1 kmol khí thực:- Cho 1 khối khí thực bất kì:Gọi	 m là khối lượng khối khí, V là thể tích khối khí ==> 	V0 là thể tích 1 kmol khí ==> 	2-Phương trình Vandecvan$2.PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ THỰC2-Phương trình Vandecvan$3. SS HỌ ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT LT VÀ TN-Phương trình Vandecvan cho 1 kmol  :Giữ T=const, khảo sát hàm: P=f(V0) vẽ1-Họ đường đẳng nhiệt lý thuyết Vandecvan$3. SS HỌ ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT LT VÀ TN* Từ đồ thị ta thấy :- Khi T=Tk : đường đẳng nhiệt có 1 điểm uốn K, tiếp tuyến tại K song song với trục OV. Điểm K gọi là điểm tới hạn, nhiệt độ, áp suất, thể tích tương ứng tại K được gọi là các thông số tới hạn : T1TK : đường đẳng nhiệt giống các đường đẳng nhiệt khí lý tưởng.- Khi TTK : giống đường đẳng nhiệt khí lý tưởng==> Nối điểm đầu và điểm cuối của các đoạn nằm ngang lại, ta được đường cong có dạng hình chuông. Đường hình chuông và đường đẳng nhiệt TK chia mặt phẳng OPV thành 4 miền :2-Họ đường đẳng nhiệt thực nghiệm Ăng-đriu $3. SS HỌ ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT LT VÀ TN - Miền 1 : chất khí có thể hóa lỏng được- Miền 2 : chất khí không thể hóa lỏng được- Miền 3 : trạng thái hỗn hợp 2 pha (lỏng và hơi bão hòa)- Miền 4 : trạng thái lỏng2-Họ đường đẳng nhiệt thực nghiệm Ăng-đriu $3. SS HỌ ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT LT VÀ TN- T TK : đường đẳng nhiệt lý thuyết và thực nghiệm phù hợp nhau.- TVC mà chất lỏng chưa chuyển sang hơi, đó gọi là hiện tượng chậm bay hơi (đoạn Cc).* Kết luận : - Đường đẳng nhiệt lý thuyết phù hợp khá tốt với thực nghiệm, chứng tỏ lý thuyết Vandecvan có thể áp dụng cho khí thực ở một giới hạn rộng của nhiệt độ và áp suất.- Lý thuyết Vandecvan mô tả khá tốt trạng thái hỗn hợp 2 pha và trạng thái lỏng của chất khí, tìm ra điều kiện hóa lỏng của chất khí.3-So sánh 2 họ đường đẳng nhiệt lý thuyết và thực nghiệm$4. NỘI NĂNG KHÍ THỰC. HIỆU Ứng JUN-TÔMXƠN- Do các phân tử khí thực tương tác với nhau ngay cả lúc không va chạm, nên: Nội năng khí thực = tổng động năng chuyển động nhiệt của các phân tử + tổng thế năng tương tác giữa các phân tử: U=Wđ+Wt -Đối với 1 kmol khí thực: nên nội năng của 1 kmol khí thực là: Trong đó, ==> nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào thể tích của khối khí	1-Nội năng khí thực$4. NỘI NĂNG KHÍ THỰC. HIỆU Ứng JUN-TÔMXƠNKhi tiến hành thực nghiệm đối với một khối khí thực cho giãn nở cô lập (A=0, Q=0). Jun và Tôm xơn quan sát thấy nhiệt độ khối khí thay đổi.Vậy: hiệu ứng Jun-Tôm xơn là hiện tượng nhiệt độ của khối khí thay đổi khi cho giãn nở cô lập.+ Ở nhiệt độ phòng thí nghiệm và áp suất không quá lớn, đa số các chất khí khi cho giãn nở cô lập, nhiệt độ của nó giảm xuống (hiệu ứng dương), còn đối với khí Hidro thì nóng lên (hiệu ứng âm).+ Với mỗi chất khí, tùy thuộc vào T và p ban đầu mà có thể có hiệu ứng dương hoặc âm. 2-Hiệu ứng Jun-thomson$4. NỘI NĂNG KHÍ THỰC. HIỆU Ứng JUN-TÔMXƠN* Giải thích hiệu ứng Jun-Tôm xơn như sau: Từ công thức: Khi giãn nở cô lập: Khi cho giãn nở cô lập thì V thay đổi ==> , nghĩa là nhiệt độ khối khí thay đổi.Hiệu ứng Jun- Tôm xơn chứng tỏ: * Ứng dụng: Hạ nhiệt độ khối khí theo nguyên tắc: cho chất khí giãn nở liên tiếp qua nhiều ống xoắn thì chất khí lạnh dần. Đến khi tới dưới nhiệt độ TK nào đó, nén đẳng nhiệt để hóa lỏng chất khí. Đây là nguyên tắc hóa lỏng chất khí2-Hiệu ứng Jun-thomson