Nhiệt động lực học căn bản - Phần 2

1.2 Mô tả vĩ mô

Trong nhiệt động lực học kĩ thuật, ta mặc định công nhận chất trong hệ hay thể tích điều khiển của chúng ta là một môi trường liên tục; nghĩa là, nó phân bố liên tục trong vùng đang xét. Sự công nhận như vậy cho phép chúng ta mô tả một hệ hay một thể tích điều khiển chỉ bằng một vài tính chất có thể đo được.

Xét định nghĩa khối lượng riêng:

định nghĩa khối lượng riêng

trong đó Δm là khối lượng chứa trong thể tích ΔV, như thể hiện trên Hình 1.3. Trên phương diện vật lí, ΔV không thể được phép co đến không vì, nếu ΔV trở nên cực nhỏ, thì Δm sẽ biến thiên không liên tục, phụ thuộc vào số phân tử có trong ΔV.

Tuy nhiên, có những tình huống trong đó giả thiết liên tục không có giá trị; thí dụ, sự đi trở vào khí quyển của các vệ tinh. Ở độ cao 100 km, quãng đường tự do trung bình, khoảng cách trung bình một phân tử đi được trước khi nó va chạm với một phân tử khác, là khoảng 30 mm; cách tiếp cận vĩ mô với giả thiết liên tục của nó là cái gây nghi vấn. Ở độ cao 150 km, quãng đường tự do trung bình vượt quá 3 m, khoảng cách đó có thể sánh với kích cỡ của vệ tinh! Dưới những điều kiện này, phải sử dụng các phương pháp thống kê dựa trên hoạt tính phân tử.

 

Khối lượng là một môi trường liên tục

Hình 1.3 Khối lượng là một môi trường liên tục

1.3 Tính chất và trạng thái của một hệ

Vật chất trong một hệ có thể tồn tại ở một vài pha: chất rắn, chất lỏng, hoặc chất khí. Pha là một lượng vật chất có thành phần hóa học giống nhau hết; nghĩa là, nó là đồng nhất. Nó là các chất rắn, chất lỏng, hoặc chất khí nguyên chất. Các ranh giới pha chia tách pha trong cái, khi xem như một tổng thể, gọi là một hỗn hợp. Các chất khí có thể trộn lẫn với bất kì tỉ lệ nào để tạo ra một pha đơn nhất. Hai chất lỏng có thể hòa trộn tạo thành một hỗn hợp khi hòa vào nhau; nhưng có những chất lỏng không hòa trộn, thí dụ như nước và dầu, tạo thành hai pha riêng biệt.

Một chất tinh khiết là đồng đều về thành phần hóa học. Nó có thể tồn tại ở nhiều pha, ví dụ băng, nước lỏng và hơi nước, trong đó từng pha sẽ có thành phần giống nhau. Một hỗn hợp khí đồng đều là một chất tinh khiết khi nó không phản ứng hóa học (như trong sự cháy) hoặc hóa lỏng, trong trường hợp đó thành phần hóa học sẽ thay đổi.

Một tính chất là bất kì một đại lượng nào dùng để mô tả một hệ. Trạng thái của một hệ là điều kiện của nó khi mô tả bởi những giá trị cho trước cho những tính chất của nó tại một thời điểm nhất định. Những tính chất thường dùng là áp suất, nhiệt độ, thể tích, vận tốc và vị trí; những tính chất khác thỉnh thoảng cũng được xét đến. Hình dạng là quan trọng khi những hiệu ứng bề mặt là đáng kể.

Đặc điểm cơ bản của một tính chất là nó có một giá trị duy nhất khi một hệ ở trong một trạng thái nhất định, và giá trị này không phụ thuộc vào những trạng thái trước đó mà hệ đã trải qua; nghĩa là, nó không phải là một hàm đường đi. Vì một tính chất không phụ thuộc vào đường đi, nên mọi sự thay đổi chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ. Sử dụng kí hiệu f để biểu diễn một tính chất, thì phát biểu toán học là

Vi phân riêng

Điều này đòi hỏi df là một vi phân xác định, f2 - f1 biểu diễn sự biến thiên ở một tính chất khi hệ thay đổi từ trạng thái 1 đến trạng thái 2. Có một vài đại lượng chúng ta sẽ gặp, như công, là hàm đường đi, với chúng không tồn tại vi phân xác định.

Một số nhỏ những tính chất độc lập đủ để xác định tất cả những tính chất khác và từ đó xác định trạng thái của hệ. Nếu hệ gồm một pha duy nhất, không có các hiệu ứng từ trường, điện trường và hiệu ứng bề mặt, thì trạng thái đó là cố định khi bất kì hai tính chất nào đó là cố định; hệ đơn giản này nhận được sự quan tâm nhiều nhất trong nhiệt động lực học kĩ thuật.

Các tính chất nhiệt động lực học được chia thành hai loại khái quát là cường tính và quãng tính. Cường tính là một tính chất không phụ thuộc vào khối lượng của hệ. Nhiệt độ, áp suất, khối lượng riêng và vận tốc là thí dụ, vì chúng là như nhau đối với toàn bộ hệ, hoặc đối với những phần của hệ. Nếu ta mang hai hệ lại với nhau, thì cường tính không cộng chung được.

Quãng tính là một tính chất thật sự phụ thuộc vào khối lượng của hệ; khối lượng, thể tích, động lượng và động năng là thí dụ. Nếu mang hai hệ lại với nhau, thì quãng tính của hệ mới bằng tổng quãng tính của hai hệ ban đầu.

Nếu ta chia một quãng tính cho khối lượng thì ta được một quãng tính riêng. Vì thế, thể tích riêng được định nghĩa là

υ = V/m                       (1.3)

Ta thường dùng kí tự in hoa để biểu diễn quãng tính (ngoại lệ: m cho khối lượng) và kí tự in thường để kí hiệu cường tính có liên quan.

Nhiệt động lực học căn bản
Merle C Potter

<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Downlaod video thí nghiệm

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Phi thuyền Parker của NASA sẽ ‘chạm’ đến Mặt Trời
15/08/2018
NASA vừa phóng một phi thuyền lên nghiên cứu khí quyển Mặt Trời và gió mặt trời. Tàu vũ trụ Parker Solar Probe đã cất cánh
Ngưng tụ Bose-Einstein
07/08/2018
Trong số năm trạng thái mà vật chất có thể tồn tại, có lẽ ngưng tụ Bose-Einstein là trạng thái bí ẩn nhất. Trong khi thể
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 16)
31/07/2018
Các lớp vỏ con electron Theo phương trình đã nêu ở phần trước thì các electron thuộc cùng một lớp vỏ có năng lượng y hệt
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 15)
30/07/2018
Tính các mức năng lượng Khi phân tích quang phổ, các nhà vật lí thường phải tính các mức năng lượng gần đúng của electron
Lỗ đen thật ra có thể là lỗ sâu đục đang va chạm
14/07/2018
Khi hai lỗ sâu đục va chạm nhau, chúng tạo ra những gợn lăn tăn trong không-thời gian lan tỏa ra mọi phía. Theo một nghiên cứu
Phải chăng các nhà thiên văn đã tìm thấy khối lượng mất tích của vũ trụ?
10/07/2018
Vào thập niên 1960, các nhà thiên văn bắt đầu để ý thấy Vũ trụ dường như thiếu mất một phần khối lượng. Giữa các quan
Vì sao một số vết nứt đẩy nhau ra?
22/06/2018
Một nghiên cứu lí thuyết về sự lan truyền vết nứt đem lại một lời giải thích cho sự đẩy nhau mà người ta quan sát thấy
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 14)
22/06/2018
Các số lượng tử Số lượng tử chính mô tả mức năng lượng của các lớp vỏ electron không phải là cách duy nhất để chúng

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com