Nhiệt động lực học căn bản - Phần 3

1.4 Trạng thái cân bằng, quá trình và chu trình

Khi nói tới nhiệt độ của một hệ, ta giả định rằng mọi điểm của hệ có nhiệt độ như nhau, hay xấp xỉ như nhau. Khi những tính chất là không đổi từ điểm này sang điểm khác và không có xu hướng thay đổi theo thời gian, thì một trạng thái cân bằng nhiệt động lực học được thiết lập. Nếu nhiệt độ, chẳng hạn, đột ngột tăng lên tại một phần của hệ, thì ta giả định sự phân bố lại tự phát sẽ xảy ra cho đến khi tất cả các phần của hệ có nhiệt độ tăng lên giống nhau.

Nếu một hệ sẽ chịu sự biến đổi lớn tính chất của nó khi tác dụng một nhiễu loạn nhỏ nào đó, thì người ta nói nó ở trạng thái siêu cân bằng. Một hỗn hợp xăng và không khí, và một quả bóng căng phồng trên đỉnh kim tự tháp là thí dụ.

Khi một hệ biến đổi từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác, thì đường đi gồm những trạng thái liên tiếp qua đó hệ đã đi qua được gọi là một quá trình. Nếu trong khi đi từ trạng thái này sang trạng thái tiếp theo, sự sai lệch khỏi trạng thái cân bằng là nhỏ, và do đó có thể bỏ qua, thì xảy ra một quá trình giả cân bằng; trong trường hợp này, mỗi trạng thái trong quá trình có thể lí tưởng hóa là một trạng thái cân bằng. Các quá trình giả cân bằng có thể xem gần đúng là nhiều quá trình, thí dụ sự nén và dãn của chất khí trong động cơ đốt trong, với độ chính xác có thể chấp nhận được. Nếu một hệ trải qua một quá trình giả cân bằng (thí dụ sự nén của chất khí trong buồng động cơ), thì nó có thể được biểu diễn trên hệ tọa độ thích hợp bằng một đường liền nét, như thể hiện giữa trạng thái 1 và trạng thái 2 trên Hình 1.4a. Tuy nhiên, nếu hệ đi từ trạng thái này đến trạng thái cân bằng khác qua một loạt trạng thái không cân bằng (như trong sự cháy) thì một quá trình không cân bằng xảy ra. Trong hình 1.4b, đường cong đứt nét biểu diễn một quá trình không cân bằng giữa (V1, P1) và (V2, P2); các tính chất không đồng đều trong cả hệ và vì thế trạng thái của hệ là không rõ tại mỗi trạng thái giữa hai trạng thái đầu cuối.

 

Một quá trình (a) Giả cân bằng. (b) Không cân bằng

Hình 1.4 Một quá trình (a) Giả cân bằng. (b) Không cân bằng

Một quá trình nhất định được xem là giả cân bằng hay không cân bằng tùy thuộc vào quá trình đó được thực hiện như thế nào. Chúng ta hãy thêm trọng lượng W lên trên piston của Hình 1.5 và lí giải xem W có thể thêm vào như thế nào theo kiểu không cân bằng hoặc theo kiểu cân bằng. Nếu trọng lượng được thêm vào đột ngột dưới dạng một vật nặng lớn, như Hình 1.5a, thì một quá trình không cân bằng sẽ xảy ra trong chất khí. Nếu chúng ta chia trọng lượng đó thành một số lượng lớn những trọng lượng nhỏ và thêm vào từng trọng lượng nhỏ một, như Hình 1.5b, thì một quá trình giả cân bằng sẽ xảy ra.

Bổ sung thêm trọng lượng (a) không cân bằng và (b) cân bằng
 

Hình 1.5 Bổ sung thêm trọng lượng (a) không cân bằng và (b) cân bằng

Lưu ý rằng môi trường không giữ vai trò gì trong khái niệm cân bằng. Có thể môi trường thực hiện công lên hệ qua sự ma sát; để có sự giả cân bằng, chỉ cần các tính chất của hệ là đồng đều tại bất kì thời điểm nào trong một quá trình.

 

Bốn quá trình tạo nên một chu trình

Hình 1.6 Bốn quá trình tạo nên một chu trình

Khi một hệ ở trong một trạng thái ban đầu cho trước trải qua một loạt quá trình giả cân bằng và quay trở về trạng thái ban đầu, thì hệ đã trải qua một chu trình. Tại cuối chu trình, các tính chất của hệ có giá trị bằng như chúng có lúc bắt đầu.

Tiếp đầu ngữ đẳng được gắn vào tên của một tính chất bất kì giữ nguyên không đổi trong một quá trình. Quá trình đẳng nhiệt là quá trình trong đó nhiệt độ giữ nguyên không đổi; trong quá trình đẳng áp, áp suất là một hằng số; một quá trình đẳng tích là một quá trình thể tích không đổi. Trên Hình 1.6, các đường chân nối là đường đẳng áp và đẳng tích (tương ứng là đường nối giữa trạng thái 4 và 1, và giữa trạng thái 2 và 3).

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
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Sai lệch 9 phần trăm
10/07/2019
Một sai lệch giữa các phép đo về hằng số Hubble khiến các nhà khoa học phát vấn liệu có điều gì đó không đúng trong hiểu
Vật lí học và chiến tranh - Từ mũi tên đồng đến bom nguyên tử (Phần 44)
10/07/2019
Chương 12 HÊ, NHÌN ĐI… NÓ BAY KÌA! Khí động lực học và những máy bay đầu tiên Không bao lâu sau khi những máy bay đầu tiên
Vật lí học và chiến tranh - Từ mũi tên đồng đến bom nguyên tử (Phần 43)
10/07/2019
SỰ THĂNG BẰNG CỦA VIÊN ĐẠN Như ta đã thấy ở phần trước, yếu tố chính làm thăng bằng một viên đạn là chuyển động
Rốt cuộc hydrogen kim loại đã được tạo ra hay chưa?
09/07/2019
Rất nhiều nhà vật lí trong các năm qua khẳng định rằng họ có thể biến hydrogen thành kim loại bằng cách nén nó cực mạnh,
Trái Đất tử ngoại nhìn từ một đài quan sát trên Mặt Trăng
09/07/2019
Hành tinh nào thế này? Trái Đất đấy. Bức ảnh màu giả này cho thấy Trái Đất trông như thế nào trong miền ánh sáng tử
Một trường hợp phản trực giác trong đó hai điện tích cùng dấu hút nhau
09/07/2019
Khi nói đến điện tích, luôn có một chân lí bất di bất dịch: điện tích trái dấu hút nhau, cùng dấu đẩy nhau. Nhưng trong
Xác định lại các giới hạn của độ chuẩn xác đo lường
09/07/2019
Trong hàng thế kỉ, con người đã và đang mở rộng kiến thức của mình về thế giới thông qua việc đo lường ngày càng chính
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 44)
09/07/2019
Boron Là á kim duy nhất trong một nhóm nếu không đã gồm toàn kim loại, boron là nguyên tố đứng đầu nhưng không tiêu biểu lắm

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