Chơng 17
Khí thực v chuyển pha
Bi giảng Vật lý đại cơng
Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn
Viện Vật lý kỹ thuật
Trờng ĐH Bách khoa H nội
§1. Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña khÝ thùc
•Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i Clapayron-Medeleev
®èi víi 1 mol khÝ lý t−ëng: pV=RT (C¸c ph©n
tö kh«ng kÝch th−íc, kh«ng t−¬ng t¸c)
•ThùctÕph©n tö khÝ cã kÝch th−íc ~3.10
-8
cm
chiÕm thÓ tÝch ~1,4.10
-23
cm
3
chiÕm 1/1000 thÓ
tÝch khèi khÝ
• thay V b»ng V-b; b -céng tÝch m
3
/mol ®Ó ý
®Õn thÓ tÝch do c¸c ph©n tö chiÕm
➞ p(V-b)=RT
• Thùc tÕ cã t−¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö
➞ néi ¸p p
i
bæ chÝnh vμo¸p suÊt:
a, b lμ c¸c h»ng sè phô thuéc vμochÊtkhÝ(tra
b¶ng Trang 192 s¸ch bμi tËp)
¸p suÊt cμng cao th× ¶nh h−ëng cña néi ¸p vμ

v
m
V
μ
=
i
p
bV
RT
p −
−
=
2
2
i
V
a
)
V
N
(~p ⇒
II I
p
i
~n
0
mËt ®é h¹t líp I vμ p
i
~n
0

K
,V
K
- tiÕp tuyÕn
song song víi trôc hoμnh.
•Khi T>T
K
®−êng ®¼ng nhiÖt gièng cña khÝ lý
t−ëng (hypecbol).
p
V
T>T
K
T<T
K
V
K
K
p
K
T
K
•KhiT<T
K
®−êng ®¼ng nhiÖt cã ®o¹n låi
lâmkh¸cvíicñakhÝlýt−ëng
2
V
a
bV

3
K
2
K
=+
−
−
0
V
a6
)bV(
RT2
4
K
3
K
=−
−
3
K
3
K
K
V
a
)bV(3
RTV
=
−
☞ TÝnh c¸c gi¸ trÞ tíi h¹n

-5
m
3
/mol
Chuông BKC & T
K
tạo thnh 4 vùng: 1- T>T
K
không thể hoá lỏng; 2- T<T
K
khí có thể hoá
lỏng; 3- Hơi bão ho; 4- Khí hoá lỏng;
Khí+hơi
V
C
V
K
V
B
V
T>T
K
T<T
K
T
K
K
B
C 3
4

K
v p cao
§3.Néi n¨ng cña khÝ thùc, hiÖu øng
Joule-Thompson
δA
i
- c«ng do néi ¸p p
i
cña ph©n tö g©y ra dV:
∑
∑
+=+=
j
tnj
j
dnjtndn
WWWWU
RT
2
im
W
j
dnj
∑
μ
=
dV
V
a
dVpA

khÝ thùc:
§éng n¨ng:
VËy néi n¨ng khÝ
thùc: U=U(T,V)
2. Hiệu ứng Joule-Thompson
L hiện tợng nhiệt độ của khí thực thay đổi khi
giãn nở đoạn nhiệt v không trao đổi công với
bên ngoi
(T <0 hiệu ứng dơng -> lmlạnh,
T > 0 hiệu ứng âm)
HƯ âm, dơng phụ thuộc vo nhiệt độ xảy ra
đối với khí cụ thể:
HƯ dơng đối với H
2
ở T<200K, He
2
ởT<40K
P
1
V
1
P
2
P
1
P
2
P
1
P

> p
2
. Pit tông 1 ép sát M-> V
1
=0
Bên trái khối khí nhận công: A
1
=-p
1
(0-V
1
)=p
1
V
1
Bên phải nhận công:A
2
=-p
2
(V
2
-0)=-p
2
V
2
Tổng công cả hệ nhận: A=A
1
+A
2
=0

,V
1
,T
1
) Trạng thái cuối (p
2
,V
2
,T
2
)
0dV
T
)
V
U
(dT
V
)
T
U
(dU =


+


=
dV>0 -> dT<0
V 0->T 0 .

2
O
H
2
O hơi
2 pha
ĐN: Pha l tập hợp các phần vĩ mô
đồng tính (cùng tính chất) cùng tồn tại
trong một hệ nhiệt động.
Xác định sự phụ thuộc của nhiệt
độ chuyển pha voáp suất:
V
Q
T
dP
dT
=
ý nghĩa, ứng dụng của phơng trình Clapayron-
Clausius.
3 pha
Chuyển pha loại I: Thuận nghịch, có hấp thụ
hoặc toả nhiệt, V v S thay đổi đột ngột: Đạo
hm bậc nhất của các hm 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 hm bậc hai của các hm nhiệt động thay
đổi đột ngột:
p

N

S
B
ac
B
a
loại II

T
G
(
p
)S
∂
∂
=
p
2
p
)TC
2
T
G
(
∂
∂
−=
T
)

Clapeyron-Clausius
p
a. Điều kiện cân bằng 2 pha: Chuyển
pha xảy ra ở nhiệt độ v áp suất xác
định -> đờng cân bằng giữa 2 pha: *
T
1
=T
2
; p
1
=p
2
. * dG=0
phaI
phaII
T
0dndndG
0dnSdTVdpdG
2211
2
1i
ii
=+=
=+=

=
=>Số hạt hai pha n
1
+n

3
);T,p()T,p(
);T,p()T,p(
31
21
μ=μ
μ=μ
p
T
R
T =T
c
: LK,RK vμ RL lo¹i I kh«ng liªn tôc.
T>T
c
: chuyÓn pha LK liªn tôc,
T<T
c
: chuyÓn pha RK liªn tôc.
M §iÓm
chËp 3
Tr¹ng th¸i Tíi h¹n
K
L
M
T
c
c. Sè pha trong hÖ nhiÒu cÊu tö:
Gäi N lμ sè nguyªn/ph©n tö cña cÊu tö k trong
pha i. Nång ®é cña pha thø i lμ:

Số thông số độc lập (biến) của hệ l
(n-1)r+2 (số 2 l của p,T)
Số phơng trình cân bằng l (r-1)n:
Qui tắc pha của Gibbs (n-1)r+2
(r-1)n (số biến
số phơng trình), hay:
r
n+2
)T,p( )T,p()T,p(
)k(
n
)k(
2
)k(
1
===
p Q
1
p
1
1 T
1
2
p
2
4 T
2
3
V
1

)(V
1
-V
2
)
(C«ng gi·n, nÐn ®o¹n nhiÖt 23,41:
δA
23
≈δA
41
≈0; δU≈0)
1
2121
1
21
1
21
1
Q
)VV)(pp(
T
)pp(
dP
dT
T
TT
Q
'A
−
−

C«ng gi·n ®¼ng nhiÖt 12:
A
1
=p
1
(V
1
-V
2
)
V
Q
T
dP
dT
1
1
=
Nhiệt độ chuyển pha T>0
ẩn nhiệt Q>0: nhiệttoảrahoặcthu
vo trong quá trình chuyển pha
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 200
o
C)
Trên núi cao P thấp, nớc sôi dới 100
o
C