Kiến thức

Quá trình đẳng tích – Wikipedia tiếng Việt

Quá trình đẳng tích

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới điều hướng

Bước tới tìm kiếm

Quá trình đẳng tích (tên tiếng Anh: Isochoric process) là một quá trình nhiệt động lực học, trong đó, thể tích của hệ kín không biến đổi theo thời gian. Một ví dụ cho quá trình đẳng tích là quá trình nung nóng khí trong bình kín, không đàn hồi. Sự cô lập của khí trong bình tạo nên một hệ kín. Lượng khí này được cung cấp một lượng nhiệt cụ thể, dẫn đến quá trình nhiệt động lực học. Bình không giãn nở giúp duy trì điều kiện thể tích không đổi.

Xem thêm: Trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN-VNU-University of Engineering and Technology

Quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối của khí lý tưởng trong quá trình đẳng tích[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Khí lý tưởng

là một loại chất khí tưởng tượng, chứa các hạt giống nhau có kích thước vô cùng nhỏ so với thể tích của khối khí và không tương tác với nhau, chúng chỉ va chạm đàn hồi với tường bao quanh khối khí.

Đường đẳng tích

Xét n{displaystyle n} mol khí lý tưởng ở nhiệt độ T{displaystyle T} và áp suất p{displaystyle p}. Dựa vào

phương trình trạng thái khí lý tưởng

, ta có

pV=nRT⟶pT=nRV=const{displaystyle pV=nRTlongrightarrow ;{frac {p}{T}}={frac {nR}{V}}=const}

Vậy, trong quá trình đẳng tích của một lượng khí lý tưởng nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.

Đường đẳng tích[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

  • Đường biểu diễn sự biến thiên áp suất của một lượng khí lý tưởng theo nhiệt độ khi thể tích khí không đổi theo thời gian được gọi là đường đẳng tích. Với các thể tích khác nhau của chất khí, ta có những đường đẳng tích khác nhau.
  • Trong hệ trục tọa độ, đường đẳng tích có dạng đường thẳng khi kéo dài sẽ đi qua gốc tọa độ.
  • Đường phía trên ứng với thể tích nhỏ hơn.

Quá trình đẳng tích và Định luật một Nhiệt động lực học[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Theo Định luật một Nhiệt động lực học

[1]

, độ biên thiên nội năng ΔU{displaystyle Delta U} của hệ bằng nhiệt lượng Q{displaystyle Q} hệ nhận được trừ đi công W{displaystyle W} do hệ thực hiện:

ΔU=Q−W{displaystyle Delta U=Q-W} (1)

Mặt khác, do thể tích V{displaystyle V} của hệ được giữ không đổi, nên hệ không thực hiện công:

W=p×ΔV=p×0=0{displaystyle W=ptimes Delta V=ptimes 0=0}

Thay vào (1) ta được

ΔU=Q{displaystyle Delta U=Q}

Công thức này cho ta thấy, nếu hệ được cung cấp nhiệt lượng (Q dương), nội năng của hệ sẽ tăng lên. Và ngược lại, nếu trong quá trình biến đổi, hệ mất đi nhiệt lượng (Q âm), thì nội năng của hệ bắt buộc phải giảm.

Xem thêm: Tổng hợp kiến thức về công thức Logarit đầy đủ và chi tiết

Quá trình đẳng tích và Nhiệt dung của khí lý tưởng[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Nội năng[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Xét n{displaystyle n} mol khí lý tưởng đơn nguyên tử (ví dụ: Heli). Nội năng của n{displaystyle n} mol khí này ở nhiệt độ T{displaystyle T}

U=(nNA)Ktb=(nNA)(32kT){displaystyle U=(nN_{A})K_{tb}=(nN_{A})({begin{matrix}{frac {3}{2}}end{matrix}}kT)}

[2]

trong đó,

Ktb{displaystyle K_{tb}}: động năng trung bình của 1 phân tử khí
NA{displaystyle N_{A}}: số Avogadro
k{displaystyle k}: hằng số Boltzman

Mặt khác ta lại có k=R/NA{displaystyle k=R/N_{A}}

[3]

. Công thức trên được thu gọn lại là

U=32nRT{displaystyle U={begin{matrix}{frac {3}{2}}end{matrix}}nRT} (2)

Nhiệt dung của khí lý tưởng trong quá trình đẳng tích[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

  • Giả sử lúc này ta cung cấp cho hệ n{displaystyle n} mol khí trên một nhiệt lượng Q. Nhiệt lượng này liên hệ với sự thay đổi nhiệt độ ΔT{displaystyle Delta T} của chất khí theo công thức
Q=nCVΔT{displaystyle Q=nC_{V}Delta T}

[4]

Do thể tích không đổi, nên theo Định luật một Nhiệt động lực học ta có

ΔU=Q=nCVΔT{displaystyle Delta U=Q=nC_{V}Delta T} (3)

Mặt khác, theo (2)

U=32nRT⟶ΔU=32nRΔT{displaystyle U={begin{matrix}{frac {3}{2}}end{matrix}}nRTlongrightarrow ;Delta U={begin{matrix}{frac {3}{2}}end{matrix}}nRDelta T}

Thay vào (3), thu gọn ta được

CV=32R=12.5(J/mol.K){displaystyle C_{V}={begin{matrix}{frac {3}{2}}end{matrix}}R=12.5(J/mol.K)}

CV{displaystyle C_{V}} của chất khí không phải đơn nguyên tử (khí hai nguyên tử, ba nguyên tử…, đa nguyên tử) lớn hơn CV{displaystyle C_{V}} của khí đơn nguyên tử

[5]

.

  • Chúng ta có thể tổng quát hóa công thức (2) bằng cách thay 32R{displaystyle {begin{matrix}{frac {3}{2}}end{matrix}}R} bằng CV{displaystyle C_{V}}, khi đó ta có:
U=nCVT{displaystyle U=nC_{V}T}

Công thức này còn đúng với cả khí đa nguyên tử (với CV{displaystyle C_{V}} tương ứng).

  • Dựa vào công thức trên dễ thấy, sự thay đổi nhiệt độ của khối khí sẽ dẫn đến sự thay đổi nội năng của hệ:
ΔU=nCVΔT{displaystyle Delta U=nC_{V}Delta T}

Công thức này cho chúng ta thấy, độ biến thiên nội năng của khí lý tưởng, ở bất kì quá trình biến đổi trạng thái nào, cũng chỉ phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ.

Nguồn gốc của từ đẳng tích (Isochoric)[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Từ Isochoric được bắt nguồn từ tiếng Hi Lạp. Đó chính là sự kết hợp của ἴσος (isos), có nghĩa là “cân bằng”, và χώρος (choros),có nghĩa là “không gian”

[6]

.

Xem thêm: IMF cảnh báo nợ toàn cầu ở mức kỷ lục

Xem thêm[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

  • Khí lý tưởng

  • Nhiệt động lực học

  • Phương trình trạng thái khí lý tưởng

Tham khảo[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

  1. ^

    Principles of Physics, Halliday, Resnick, Jearl Walker, trang 491, 9th edition, international student version

  2. ^

    Principles of Physics, Halliday, Resnick, Jearl Walker, trang 519, 9th edition, international student version

  3. ^

    Principles of Physics, Halliday, Resnick, Jearl Walker, trang 508, 9th edition, international student version

  4. ^

    Principles of Physics, Halliday, Resnick, Jearl Walker, trang 485, 9th edition, international student version

  5. ^

    Principles of Physics, Halliday, Resnick, Jearl Walker, trang 523, 9th edition, international student version

  6. ^

    Isochoric process

Lấy từ “

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Quá_trình_đẳng_tích&oldid=61557974

Chuyên mục: Kiến thức

Related Articles

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Check Also
Close
Back to top button