Chng V: Nguyn l I nhit ng hc
CHNG V NGUYN L I NHIT NG HCNhit hc nghin cu cc hin tng lin quan
n nhng qu trnh xy ra bn trong vt nh vt nng chy, vt bay hi,vt nng ln
khi ma st nhng hin tng ny lin quan n mt dng chuyn ng khc ca vt cht
l chuyn ng nhit. Chuyn ng nhit l i tng nghin cu ca nhit hc. 1. PHNG
TRNH TRNG THI KH L TNG I. Mt s khi nim c bn 1. p sut p sut l mt i
lng vt l c gi tr bng lc nn vung gc ln mt n v din tch. Gi F l lc nn
ln din tch S th p sut l: F p= (5-1) S Trong h SI n v p sut l N/m2
hay pascal (Pa). Ngi ta cn dng cc n v: Atmophe k thut, Milimet thu
ngn (cn gi l tor) 1 at = 736 milimet thu ngn = 9,81 . 104 N/m2=
736Pa 2. Nhit Nhit l i lng vt l c trng cho mc chuyn ng hn lon phn t
ca cc vt. Nhit lin quan n nng lng chuyn ng nhit ca cc phn t. Tuy
nhin khng th dng nng lng o nhit v khng th o trc tip nng lng chuyn
ng nhit, hn na nng lng ny li rt nh. Do d ngi ta o nhit bng n v l .
3. Nhit giai Tu theo cch chia ngui ta s dng cc nhit giai khc nhau.
a. Nhit giai Celsius (nhit giai bch phn) K hiu: OC. Ngi ta chn im
tan ca nc v im si ca nc tinh khit 1at l 0 0 C v 100 OC ri chia 100
phn bng nhau, mi phn l 1OC. b. Nhit giai Fahrenheit K hiu: OF. Ngi
ta chn im tan ca nc v im si ca nc tinh khit 1 at l 32oF v 212 O F
ri chia 180 phn bng nhau, mi phn l 1 OF. H thc lin h gia nhit giai
Celsius v nhit giai Fahrenheit t O C t O F 32 5 = t O C = (t O F
32) 100 180 9 c. Nhit giai Kelvin (nhit giai tuyt i), k hiu l K Gi
T l nhit tuyt i, th n lin h vi bch phn t: T = tOC+273,15
(5-2)
84
Chng V: Nguyn l I nhit ng hc Khi khng cn chnh xc cao v tnh ton n
gin ta ly: T= tOC+273. II.Cc nh lut thc nghim ca kh l tng 1.Kh l
tng Kh l tng l cht kh c c im sau: - Khi kh gm v s cc phn t kh. Cc
phn t c kch thc rt nh so vi khong cch gia chng. - Cc phn t kh chuyn
ng hn lon khng ngng v b qua s tng tc gia chng. - S va chm gia cc
phn t vi nhau v gia cc phn t vi thnh bnh l hon ton n hi. 2. Phng
trnh trng thi kh l tng Trng thi ca mt khi kh l tng c m t bi cc thng
s: nhit T, p sut P v th tch V. Merdeleev-Clapeyron tm ra phng trnh
pV=RT P,V,T l p sut, th tch v nhit ca 1 Kilomol kh mt trng thi bt
k. J R l hng s, go l hng s kh l tng R= 8,31( ) mol .K i vi khi kh c
khi lng m, th tch v th V= v ( l khi lng phn t gam) m m Suy ra pv =
RT (5-3)
i vi khi kh xc nh (m= const) th: pV pV pV = const hay 1 1 = 2 2
T T1 T2 3. nh lut Boyle-Mariotte nhit nht nh, p sut v th tch mt khi
kh xc nh t l nghch vi nhau. Tht vy, khi T= const pV = const hay
p1V1 = p2V2 (5-4) ng biu din p sut bin thin theo th tch V khi nhit
khng i gi l ng ng nhit, l ng Hyperbol. 4. nh lut Gay-Lussac p sut
nht nh, th tch ca mt khi kh xc nh t l vi nhit tuyt i ca n. Tht vy,
khi p= const V V V (5-5) = const hay 1 = 2 T1 T2 T
85
Chng V: Nguyn l I nhit ng hc ng biu din th tch V bin thin theo
nhit T khi p sut khng i gi l ng ng p, l ng thng. 5. nh lut Charles
th tch nht nh, p sut ca mt khi kh xc nh t l thun vi nhit tuyt i ca
n. Tht vy, khi V= const p p1 p2 = const hay = T1 T2 V (5-6)
ng biu din p sut P l ng bin thin theo nhit T khi th tch khng i
gi l ng ng tch, l ng thng. Cc phng trnh trn c th vit: V V0 p p0 = ;
= T T0 T T0 Trong T0 l nhit xc nh, p0,V0 l p sut v th tch ca khi kh
nhit T0. 2. NI NNG CA H NHIT NG. CNG V NHIT I. H nhit ng Mi tp hp
cc vt c xc nh hon ton bi mt s cc thng s v m, c lp i vi nhau, c gi l
h v m hay h nhit ng (hoc vn tt hn c gi l h). Tt c cc vt cn li, ngoi
h ca ta l ngoi vt i vi h hay mi trng xung quanh ca h. Mi h u c th
chia thnh h c lp v khng c lp. H khng c lp nu n tng tc vi mi trng bn
ngoi. Trong nhng s tng tc ny ni chung s c trao i cng v nhit. Nu h v
mi trng khng trao i nhit th h l h c lp i vi ngoi vt v phng din
nhit. Nu h v ngoi vt trao i nhit nhng khng sinh cng th h c lp v
phng din c hc. II. Ni nng Nng lng ca h gm ng nng ng vi chuyn ng c
hng ca c h, th nng ca c h v phn nng lng ng vi chuyn ng bn trong ca
h tc l ni nng ca h: W=W +Wt+U Ty theo tnh cht ca chuyn ng v tng tc
ca cc phn t cu to nn vt, ta c th chia ni nng thnh cc phn sau y: a.
ng nng chuyn ng hn lon ca cc phn t (tnh tin v quay) b. Th nng gy bi
cc lc tng tc phn t. c. ng nng v th nng chuyn ng dao ng ca cc nguyn
t trong phn t. d. nng lng cc v in t ca cc nguyn t v in, nng lng
trong ht nhn nguyn t. i vi khi kh l tng ni nng l tng nng lng chuyn
ng nhit ca cc phn t cu to nn h.
86
Chng V: Nguyn l I nhit ng hc Trong nhit ng hc ta gi thit rng
chuyn ng c hng ca h khng ng k v h khng t trong mt trng lc no, do
nng lng ca h ng bng ni nng ca h. III. Cng v nhit Khi cc h khc nhau
tng tc vi nhau th chng trao i vi nhau mt nng lng no , phn nng lng
trao i c th hin di hai dng. Mt l dng truyn nng lng lm tng mc chuyn
ng c trt t ca mt vt. iu ny xy ra khi c tng tc gia cc vt v m ngha l
cc vt c kch thc ln hn kch thc ca tng phn t rt nhiu, ngi ta gi dng
truyn nng lng ny l cng. Th d: kh dn n trong xylanh lm pittng chuyn
ng. Nh vy kh truyn nng lng cho pittng di dng cng. Nhng ng thi n cng
lm nng pittng, phn nng lng truyn cho pittng lm pittng nng ln c gi l
nhit. Hai l, nng lng c trao i trc tip gia cc phn t chuyn ng hn lon
a nhng vt tng tc vi nhau. Khi h dc trao i nng lng nh vy mc chuyn ng
hn lon ca cc phn t ca h v do ni nng ca h tng ln hay gim i, ngi ta
gi dng truyn nng lng ny l nhit. th d khi c st hai vt, chng nng ln
tng t nh chng nhn nhit; khi t nng mt vt ngha l truyn nhit cho vt th
vt nng ln ni nng ca vt tng ln nhng ng thi vt dn n, ngha l mt phn
nhit bin thnh cng lm dn n vt. Nh vy cng v nhit u l nhng i lng o mc
trao i nng lng gia cc h. S khc nhau su sc gia cng v nhit l ch cng
lin quan ti chuyn ng c trt t v nhit lin quan n chuyn ng hn lon ca
cc phn t ca h. Nhng chng c mi lin h cht ch vi nhau v c th chuyn ha
ln nhau: cng c th bin thnh nhit v ngc li Thc nghim chng t rng s
chuyn ha gia cng v nhit lun tun theo mt h thc nh lng xc nh, c tn mt
cng bng 4,18J th s c mt nhit lng 1cal.
3. NGUYN L TH NHT CA NHIT NG HC I. Nguyn l th nht ca nhit ng hc
1. Pht biu Nguyn l th nht l mt trng hp ring ca nh lut bo ton v bin
i nng lng vn dng vo cc qu trnh v m. bin thin nng lng ton phn W ca h
trong mt qu trnh bin i v m c gi tr bng tng cgn A v nhit Q m h nhn c
trong qu trnh . W= A+Q (5-7) trn ta gi thit rng c nng ca h khng i,
do W = U nn (5-7) tr thnh : U= A+Q (5-8) Cc i lng U,A,Q c th dng
hay m. Nu A>0, Q>0 th U > 0, ngha l h thc s nhn cng v nhit
t bn ngoi th ni nng ca h tng Nu A0, Q>0 th U > 0, ngha l h
thc s nhn cng v nhit t bn ngoi th ni nng ca h tng Nu A
