Nhiệt động lực học-Các phương pháp của nhiệt động lực học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN
KHOA SƯ PHẠM KHTN
LỚP CLI1081
NHÓM 7

THÀNH VIÊN
NGUYỄN THỊ BÍCH DIỄM
NGUYỄN THỊ NGỌC GIÀU
NGUYỄN XUÂN QUYỀN
LÊ PHÚ QUỐC
NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
CÂU HỎI
TRÌNH BÀY CÁC PHƯƠNG PHÁP CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC?
CÁC PHƯƠNG PHÁP CỦA
NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
A -- PHƯƠNG PHÁP CHU TRÌNH
Cơ sở lập luận
Tìm sự phụ thuộc của suất căng mặt ngoài vào nhiệt độ
B-- PHƯƠNG PHÁP THẾ NHIỆT ĐỘNG
Thế nhiệt động của hệ có số hạt không thay đổi.
Thế nhiệt động của hệ có số hạt thay đổi.
Các tính chất của thế nhiệt động.
A -- PHƯƠNG PHÁP CHU TRÌNH
1.CƠ SỞ LẬP LUẬN
2.TÌM SỰ PHỤ THUỘC CỦA SUẤT CĂNG MẶT NGOÀI VÀO NHIỆT ĐỘ
-Để xác định được một quy luật tính của một hiện tượng nào đó người ta lựa chọn (một cách phù hợp) một chu trình thuận nghịch và áp dụng vào chu trình đó phương trình nguyên lý thứ nhất và nguyên lý thứ hai.

**Phương trình nguyên lý thứ nhất:

**Phương trình nguyên lý thứ hai:
1.CƠ SỞ LẬP LUẬN

-Nếu chu trình được chọn giúp ta có thể tìm ra (tính được) các đại lượng cần thiết trong 2 phương trình nguyên lý trên đối với tất cả các yếu tố của chu trình khám phá được quy luật tính phải tìm.
Lưu ý: Nếu buộc hệ nghiên cứu thực hiện chu trình Cácnô thì phương trình nguyên lý 2 sẽ vận dụng dưới dạng biểu thức của hiệu suất của chu trình Cácnô. Sau đó cho hiệu suất tìm được bằng tỉ số
***KHẢO SÁT CHU TRÌNH CÁCNÔ CỦA MÀNG NƯỚC TRONG KHUNG DÂY THÉP

-Biểu diễn chu trình trên giản đồ (∑, )
∑ là diện tích mặt ngoài của màng.
là suất căng mặt ngoài.


2.TÌM SỰ PHỤ THUỘC CỦA SUẤT CĂNG MẶT NGOÀI VÀO NHIỆT ĐỘ
































***Lưu ý
12: Khi diện tích mặt ngoài tăng lên màng sẽ lạnh đi, trên đoạn này sẽ truyền cho hệ ở nhiệt độ T và một nhiệt lượng Q1
23: Nhiệt độ hạ đi một lượng dT, suất căng mặt ngoài tăng một lượng .
34: Nhiệt lượng nhả ra là Q2
-Công W do màng thực hiện bằng Q1 – Q2
-Công W bằng diện tích của chu trình:


-Hiệu suất của chu trình bằng


-Theo nguyên lý 2 chu trình Cácnô
Do đó ta có:


Suy ra ta được:
KHI NHIỆT ĐỘ TĂNG LÊN ĐỘ BIẾN THIÊN
CỦA SUẤT CĂNG MẶT NGOÀI GIẢM ĐI
TỶ LỆ NGƯỢC VỚI NHIỆT ĐỘ TUYỆT ĐỐI
VẬN DỤNG
PHƯƠNG PHÁP
THẾ NHIỆT ĐỘNG
B -- PHƯƠNG PHÁP THẾ NHIỆT ĐỘNG
I.
HỆ CÓ SỐ HẠT KHÔNG THAY ĐỔI
III.
CÁC TÍNH CHẤT CỦA THẾ NHIỆT ĐỘNG
II.
HỆ CÓ SỐ HẠT THAY ĐỔI
-PP thế nhiệt động hay PP hàm nhiệt động do Gipxo (Gibbs) nêu lên.
-PP thế nhiệt động là PP giải tích và dựa trên việc vận dụng PT cơ bản của nhiệt động lực học:


-Chỉ cần biết một thế nhiệt động là có thể tìm được phương trình trạng thái và các tính chất của hệ nhiệt động.
-Phương trình cơ bản của nhiệt động lực học đối với các quá trình chuẩn tĩnh có dạng: TdS = dU + Ada
-Nếu A=p và a=V thì TdS = dU + pdV
 5 hàm trạng thái T, S, U, p và V
-Trạng thái của hệ đơn giản được xác định bởi 2 thông số, do đó ta xét 4 trường hợp:
1. S và V là các biến số độc lập.
2. T và V là các biến số độc lập.
3. T và p là các biến số độc lập.
4. S va p là các biến số độc lập.
1--KHẢO SÁT CÁC HỆ ĐƠN GIẢN
I.THẾ NHIỆT ĐỘNG CỦA HỆ CÓ SỐ HẠT KHÔNG THAY ĐỔI
***Phương trình xác định hàm U (hàm của các biến số S và V)
U = U (S;V)
***Phương trình cơ bản đối với các quá trình chuẩn tĩnh:
TdS = dU + pdV

***Lấy vi phân đơn giản,ta có: và

***Lấy đạo hàm bậc 2 của U(S;V) , ta được:

TH1: S VÀ V LÀ CÁC BIẾN SỐ ĐỘC LẬP

Suy ra:

***Cân bằng các đạo hàm hỗn hợp, ta được phương trình:





-Các biến số T và p được xác định bằng cách lấy vi phân U theo S và V.
-Do đó,nội năng U xem như hàm S và V chính là thế nhiệt động.
- Nếu chọn hàm U(S;V) làm thế nhiệt động thì không thích hợp.
***Phương trình xác định hàm F (hàm của biến số T và V)
F = F (V;T)
***Hàm F có dạng :

***Lấy vi phân hàm F, ta được:

***Lấy vi phân đơn giản, ta có: và

***Lấy đạo hàm bậc 2 của F = F( V;T )
TH2: T VÀ V LÀ CÁC BIẾN SỐ ĐỘC LẬP
dF = - SdT - pdV
F ( V;T )= U – TS

Suy ra:

***Cân bằng các đạo hàm hỗn hợp, ta được phương trình:
-Các biến số S và p được xác định bằng cách lấy vi phân F theo T và V.
-Hàm F là hàm thế nhiệt động của 2 biến T và V
-Hàm F được gọi là năng lượng tự do.
***Phương trình xác định hàm Z (hàm của biến số T và p).

***Hàm Z có dạng :

***Lấy đạo hàm hàm Z:

***Lấy vi phân đơn giản, ta có: và

***Lấy đạo hàm bậc 2 của Z = Z ( T;p)



TH3: T VÀ p LÀ CÁC BIẾN SỐ ĐỘC LẬP
Z = Z (T;p)
Z ( T;p ) = U – TS + pV
dZ = -SdT + Vdp


Suy ra :

***Cân bằng các đạo hàm hỗn hợp, ta được phương trình :
-Các biến số S và V được xác định bằng cách lấy vi phân Z theo T và p.
-Hàm Z là hàm thế nhiệt động của 2 biến T và p
-Hàm Z được gọi là hàm thế nhiệt động Gipxo.
-Các biến số T và p là các biến thuận tiện nhất về phương tiện thực diễn.
***Phương trình xác định hàm H (hàm của biến số S và p).
H = H (S;p)
***Hàm H có dạng :

***Lấy đạo hàm hàm H:

***Lấy vi phân đơn giản, ta có: và

***Lấy đạo hàm bậc 2 của Z = Z ( T;p)
TH4: S VÀ p LÀ CÁC BIẾN SỐ ĐỘC LẬP
H ( S;p ) = U + pV
dH = TdS + Vdp

Suy ra:

***Cân bằng các đạo hàm hỗn hợp, ta thu được phương trình:
-Các biến số T và V được xác định bằng cách lấy vi phân H theo S và p.
-Hàm H là hàm thế nhiệt động của 2 biến S và p
-Hàm H được gọi là Entanpi
KẾT LUẬN
Chỉ cần biết một thế nhiệt động là hàm của các biến số độc lập, là đủ để xác định các đại lượng cần thiết.
Các thế nhiệt động khác
Các hàm đặc trưng thường dùng
Năng lượng tự do
F
Thế nhiệt động Z
Entrôpi S
( thế nhiệt động của các biến số U và V )
Thể tích V
( thế nhiệt động của các biến số S và U ).
***Xuất phát từ phương trình cơ bản của nhiệt động lực học

***Thế nhiệt động là nội năng U( S,ai ), vi phân U bằng



***Thế nhiệt động là năng lượng tự do F( T,ai ), vi phân F bằng
2--KHẢO SÁT CÁC HỆ PHỨC TẠP


***Thế nhiệt động là thế nhiệt động Gipxơ Z ( p,T,ai ), vi phân của Z bằng



***Thế nhiệt động là Entanpi H ( p,S,ai ), vi phân của H bằng
II.THẾ NHIỆT ĐỘNG CỦA HỆ CÓ SỐ HẠT THAY ĐỔI
NGUYÊN NHÂN CỦA SỰ BIẾN THIÊN SỐ HẠT TRONG HỆ
HỆ GỒM CHẤT LỎNG VÀ HƠI BẢO HÒA:
Các hạt trong chất lỏng chuyển sang thể hơi và ngược lại
TRONG CÁC PHẢN ỨNG HÓA HỌC :
Số hạt thuộc loại này hoặc loại kia là đại lượng biến thiên.
BỨC XẠ:
Các hạt có tính chất sóng lẫn hạtliên tục thay đổi khi có sự hấp thụ và bức xạ
***Trạng thái của hệ có số hạt thay đổi được đặc trưng bởi:
Các thông số T, a1, a2 ,…, an
Số hạt thuộc loại đã cho N1 ,…,Nr ,…
Nồng độ tương ứng của chúng

CÂU HỎI
Đối với hệ có số hạt thay đổi thì phương trình cơ bản của nhiệt động lực học và phương trình vi phân của tất cả các thế nhiệt động có dạng như thế nào?


***Nội năng của 1 hệ có số hạt thay đổi


( k: xác định loại hạt có số hạt biến đổi trong hệ )

***Quá trình cân bằng thì
1--PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC ĐỐI VỚI HỆ CÓ SỐ HẠT THAY ĐỔI
***Do đó, PT cơ bản của nhiệt động lực học đối với hệ có số hạt thay đổi trong
Các quá trình cân bằng.



Các quá trình không tĩnh



Trong đó: là thế hóa học của
các hạt loại k.



Xét một hệ chỉ chịu tác dụng của áp suất mọi phía p
A = p và a = V
***Thế nhiệt động là nội năng U


***Thế nhiệt động là năng lượng tự do F


2--PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CỦA CÁC THẾ NHIỆT ĐỘNG ĐỐI VỚI HỆ CÓ SỐ HẠT THAY ĐỔI
***Thế nhiệt động là thế nhiệt động Gipxơ


***Thế nhiệt động là Entanpi



Trong đó các thế hóa học bằng:
Là hàm đơn giá và cộng tính của trạng thái
Độ giảm của chúng trong các điều kiện tương ứng sẽ xác định công của các lực tác dụng lên chúng.
Khi các biến số đặc trưng không đổi, các trị số cực trị của các thế nhiệt động tương ứng xác định điều kiện cân bằng của hệ.
Các thế nhiệt động có quan hệ với nhau, biết một thế nhiệt động thì ta có thể tìm các thế nhiệt động khác.
Ví dụ:
Biết năng lượng tự do F hay thế nhiệt động Z  Nội năng U.
Biết thế nhiệt động Z  Entanpi H
III.CÁC TÍNH CHẤT CỦA
THẾ NHIỆT ĐỘNG
Con đường nghiên cứu của nhiệt động lực học
NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT
NGUYÊN LÝ THỨ HAI
KHÔNG THU ĐƯỢC DẠNG TƯỜNG MINH CỦA THẾ NHIỆT ĐỘNG
CÁC CHẤT KHÍ
 PP CỦA VẬT LÝ THỐNG KÊ
CÁC THẾ NHIỆT ĐỘNG
CÁC CHẤT LỎNG + RẮN
 THÍ NGHIỆM
Tóm lại
-Để mô tả các tính chất vĩ mô của hệ và xác định các tính chất đó thì ta dùng pp nhiệt động(pp thế nhiệt động và pp chu trình).
-Ngoài ra, ta còn có pp thống kê: từ tính chất của hạt vi mô thành phần,tổng hợp thống kê để xác định các tính chất vĩ mô.
CHÂN THÀNH CÁM ƠN
THẦY VÀ CÁC BẠN
ĐÃ LẮNG NGHE