Phương Trình Sự Phụ Thuộc Của Thể Tích Chất Lỏng Vào Nhiệt độ. Mối ...

Đối với chất lỏng, chỉ nói đến sự giãn nở theo thể tích là hợp lý. Đối với chất lỏng, nó lớn hơn nhiều so với chất rắn. Theo kinh nghiệm cho thấy, sự phụ thuộc của thể tích chất lỏng vào nhiệt độ được biểu thị bằng công thức tương tự như đối với chất rắn.

Nếu ở 0 ° С chất lỏng có thể tích V 0 thì ở nhiệt độ t, thể tích V t của nó sẽ là:

V t \ u003d V 0 (1 +? T)

Để đo hệ số nở của chất lỏng, người ta dùng một bình thuỷ tinh có dạng nhiệt kế, đã biết thể tích của bình thuỷ tinh. Quả cầu với ống được đổ đầy chất lỏng đến đỉnh và toàn bộ thiết bị được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định; trong trường hợp này, một phần chất lỏng được đổ ra khỏi bình. Sau đó, bình chứa chất lỏng được làm lạnh trong nước đá tan chảy đến 0 °. Trong trường hợp này, chất lỏng sẽ không còn lấp đầy toàn bộ bình nữa, và thể tích không được lấp đầy sẽ cho biết chất lỏng nở ra bao nhiêu khi được đun nóng. Biết được hệ số nở của thủy tinh, người ta có thể tính khá chính xác hệ số nở của chất lỏng.

Hệ số nở ra của một số chất lỏng

Ether - 0,00166

Rượu - 0,00110

Dầu hỏa - 0,00100

Nước (từ 20 ° C trở lên) - 0,00020

Nước (từ 5 đến 8 ° C) - 0,00002

sự giãn nở nhiệt

Từ bảng hệ số nở tuyến tính trong bài Sự nở ra tuyến tính của chất rắn, có thể thấy rằng hệ số nở của chất rắn rất nhỏ. Tuy nhiên, những thay đổi không đáng kể nhất về kích thước của các thiên thể cùng với sự thay đổi nhiệt độ gây ra sự xuất hiện của các lực rất lớn.

Kinh nghiệm cho thấy rằng ngay cả một sự kéo dài nhỏ của một cơ thể cứng nhắc cũng cần phải có ngoại lực rất lớn. Vậy để tăng chiều dài của một thanh thép có tiết diện 1 cm 2 lên gần bằng 0,0005 chiều dài ban đầu thì cần tác dụng một lực có khối lượng là 1000 kg. Nhưng sự nở ra của thanh có cùng độ lớn này thu được khi nó được nung nóng thêm 50 độ. Do đó, rõ ràng rằng, khi nở ra khi nóng lên (hoặc co lại khi nguội) thêm 50 độ, thanh sẽ tạo ra một áp suất khoảng 1000 kg / cm 2 lên những phần đó sẽ ngăn cản sự giãn nở (nén) của nó.

Các lực rất lớn phát sinh từ sự giãn nở và co lại của chất rắn được tính đến trong công nghệ. Ví dụ, một trong những đầu của cây cầu không được cố định, nhưng được gắn trên các con lăn; đường ray xe lửa không được bố trí sát nhau mà để một khoảng trống giữa chúng; đường ống dẫn hơi được treo trên móc, và các khe co giãn được lắp đặt giữa các đường ống riêng lẻ, uốn cong khi đường ống dẫn hơi được kéo dài. Vì lý do tương tự, đầu máy hơi nước chỉ được cố định ở một đầu, còn đầu kia của nó có thể di chuyển tự do.

Sự giãn nở tuyến tính của chất rắn

Một vật rắn ở nhiệt độ nhất định có hình dạng nhất định và kích thước tuyến tính nhất định. Sự gia tăng các kích thước tuyến tính của một vật khi bị đốt nóng được gọi là sự giãn nở tuyến tính vì nhiệt.

Các phép đo cho thấy cùng một vật thể giãn nở khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau: ở nhiệt độ cao, nó thường mạnh hơn ở nhiệt độ thấp. Nhưng sự khác biệt về độ giãn nở này rất nhỏ nên đối với những thay đổi tương đối nhỏ về nhiệt độ, nó có thể bị bỏ qua và có thể giả định rằng sự thay đổi kích thước của vật thể tỷ lệ với sự thay đổi nhiệt độ.

Sự nở thể tích của chất rắn

Với sự nở vì nhiệt của một vật rắn, với sự gia tăng các kích thước tuyến tính của vật thể, thì thể tích của nó cũng tăng lên. Tương tự với hệ số giãn nở tuyến tính cho đặc tính của giãn nở thể tích, bạn có thể nhập hệ số giãn nở thể tích. Kinh nghiệm cho thấy rằng, cũng giống như trường hợp giãn nở tuyến tính, có thể giả định không sai số rằng sự gia tăng thể tích của một vật tỷ lệ thuận với sự gia tăng nhiệt độ.

Ký hiệu thể tích của vật thể ở 0 ° C đến V 0, thể tích ở nhiệt độ t ° đến V t, và hệ số giãn nở thể tích qua α, chúng ta tìm thấy:

α \ u003d V t - V 0: V 0 t (1)

Tại V 0 = 1 đơn vị. thể tích và t \ u003d 1 o С, giá trị α bằng V t - V 0, tức là Hệ số nở thể tích về mặt số học bằng độ tăng thể tích của vật khi bị nung nóng thêm 1 °, nếu ở 0 ° C thì thể tích bằng một đơn vị thể tích.

Theo công thức (1), biết thể tích của vật ở nhiệt độ 0 ° C, có thể tính được thể tích của vật ở nhiệt độ t ° nào:

V t = V 0 (1 + αt)

Chúng ta hãy thiết lập mối quan hệ giữa các hệ số của khai triển thể tích và tuyến tính.

Định luật bảo toàn và chuyển hóa cơ năng

Chúng ta hãy xem xét thí nghiệm Joule được mô tả ở trên một cách chi tiết hơn. Trong thí nghiệm này, thế năng của quả nặng rơi được chuyển thành động năng của cánh quay; do tác dụng với lực ma sát nên động năng của cánh quạt đã chuyển thành nội năng của nước. Ở đây chúng ta phải đối mặt với trường hợp chuyển hóa một dạng năng lượng này thành một dạng năng lượng khác. Thế năng của quả nặng rơi được chuyển thành nội năng của nước, nhiệt lượng Q dùng làm đơn vị đo nội năng. Do đó, lượng năng lượng được bảo toàn khi nó được chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác.

Điều tự nhiên là đặt ra câu hỏi: liệu lượng năng lượng có được bảo toàn trong quá trình biến đổi của các dạng năng lượng khác, ví dụ, động năng, điện năng, v.v. không? Giả sử rằng một viên đạn khối lượng m bay với vận tốc v. Động năng của nó là mv 2/2. Viên đạn trúng một vật thể và mắc kẹt trong đó. Trong trường hợp này, động năng của viên đạn được chuyển thành nội năng của viên đạn và vật, được đo bằng nhiệt lượng Q, được tính theo công thức đã biết. Nếu động năng không bị mất đi khi chuyển thành nội năng thì phải có đẳng thức sau:

mv 2/2 = Q

trong đó động năng và nhiệt lượng được biểu thị theo cùng một đơn vị.

Kinh nghiệm xác nhận kết luận này. Lượng năng lượng được bảo toàn.

Tương đương cơ học của nhiệt

Đầu TK XIX. động cơ hơi nước được đưa vào rộng rãi trong công nghiệp và vận tải. Đồng thời, các cơ hội đang được tìm kiếm để nâng cao hiệu quả của họ. Về vấn đề này, vật lý và công nghệ đang phải đối mặt với một câu hỏi có tầm quan trọng thực tế lớn: làm thế nào để thực hiện nhiều công việc nhất có thể với lượng nhiên liệu ít nhất trong một cỗ máy.

Bước đầu tiên để giải quyết vấn đề này được thực hiện bởi kỹ sư người Pháp Sadi Carnot vào năm 1824, nghiên cứu câu hỏi về hiệu suất của động cơ hơi nước.

Vào năm 1842, nhà khoa học người Đức Robert Mayer đã xác định về mặt lý thuyết có thể thu được bao nhiêu công cơ học khi tiêu tốn một kilocalorie nhiệt.

Mayer dựa trên tính toán của mình về sự khác biệt trong nhiệt dung của khí.

Chất khí có hai nhiệt dung: nhiệt dung ở áp suất không đổi (c p) và nhiệt dung ở thể tích không đổi (c v).

Nhiệt dung của một chất khí ở áp suất không đổi được đo bằng nhiệt lượng đi vào nung nóng một khối lượng khí nhất định mà không làm thay đổi áp suất của nó.

Nhiệt dung ở một thể tích không đổi bằng số nhiệt lượng đã dùng để nung nóng một khối lượng khí nhất định mà không làm thay đổi thể tích chiếm chỗ của khối khí.

Sự phụ thuộc của thể tích các vật vào nhiệt độ

Các hạt của vật rắn chiếm những vị trí nhất định so với nhau, nhưng không đứng yên mà dao động. Khi đốt nóng cơ thể, vận tốc trung bình của các hạt tăng lên. Trong trường hợp này, khoảng cách trung bình giữa các hạt tăng lên, do đó, kích thước tuyến tính của vật thể tăng lên, và do đó, thể tích của nó cũng tăng lên.

Khi làm mát, các kích thước tuyến tính của cơ thể bị giảm xuống, và thể tích của nó giảm.

Khi được làm nóng, như bạn đã biết, các cơ thể nở ra, và khi nguội đi, chúng co lại. Mặt định tính của những hiện tượng này đã được xem xét trong khóa học vật lý ban đầu.

Mối quan hệ giữa áp suất, nhiệt độ, thể tích và số mol khí ("khối lượng" của chất khí). Hằng số khí (mol) phổ R. Phương trình Klaiperon-Mendeleev = phương trình trạng thái khí lý tưởng.

Hạn chế của khả năng ứng dụng thực tế: dưới -100 ° C và cao hơn nhiệt độ phân ly / phân hủy trên 90 bar sâu hơn 99% Trong phạm vi, độ chính xác của phương trình vượt trội hơn so với các công cụ kỹ thuật hiện đại thông thường. Điều quan trọng là kỹ sư phải hiểu rằng có thể xảy ra sự phân ly hoặc phân hủy đáng kể đối với tất cả các khí có nhiệt độ tăng dần.

trong SI R \ u003d 8.3144 J / (mol * K)- đây là hệ thống đo lường kỹ thuật chính (nhưng không phải duy nhất) ở Liên bang Nga và hầu hết các nước Châu Âu trong GHS R = 8.3144 * 10 7 erg / (mol * K) - đây là hệ thống đo lường khoa học chính (nhưng không phải duy nhất) trên thế giới m-khối lượng khí (kg) M là khối lượng mol của khí kg / mol (do đó (m / M) là số mol khí) P- áp suất khí trong (Pa) T- nhiệt độ khí trong (° K) V- thể tích khí tính bằng m3

Hãy giải một số bài toán về thể tích và khối lượng của khí với giả thiết rằng thành phần của khí không thay đổi (khí không phân ly) - điều này đúng với hầu hết các khí ở trên.

Vấn đề này chủ yếu có liên quan, nhưng không chỉ, đối với các ứng dụng và thiết bị trong đó thể tích khí được đo trực tiếp.

V 1 và V 2, ở nhiệt độ, tương ứng, T1 và T2để nó đi T1< T2. Sau đó, chúng tôi biết rằng:

Một cách tự nhiên, V 1< V 2

• các chỉ số của đồng hồ đo thể tích khí càng "nặng" thì nhiệt độ càng thấp
• nguồn cung cấp khí "ấm" có lợi
• có lãi khi mua gas "lạnh"

Làm thế nào để đối phó với nó? Ít nhất cần có bù nhiệt độ đơn giản, tức là thông tin từ một cảm biến nhiệt độ bổ sung phải được đưa vào thiết bị đếm.

Vấn đề này chủ yếu có liên quan, nhưng không chỉ, đối với các ứng dụng và thiết bị trong đó vận tốc khí được đo trực tiếp.

Để bộ đếm () tại điểm giao hàng cung cấp khối lượng chi phí tích lũy V 1 và V 2, ở áp suất, tương ứng, P1 và P2để nó đi P1< P2. Sau đó, chúng tôi biết rằng:

Một cách tự nhiên, V 1>V 2 cho những lượng khí bằng nhau ở điều kiện đã cho. Hãy thử đưa ra một số kết luận thực tế cho trường hợp này:

• các chỉ số của đồng hồ thể tích khí càng "nặng" thì áp suất càng cao
• cung cấp khí áp suất thấp có lãi
• có lãi khi mua khí áp suất cao

Làm thế nào để đối phó với nó? Ít nhất cần có bù áp đơn giản, tức là thông tin từ một cảm biến áp suất bổ sung phải được cung cấp cho thiết bị đếm.

Kết luận, tôi muốn lưu ý rằng, về mặt lý thuyết, mỗi đồng hồ khí nên có cả bù nhiệt và bù áp. Thực tế ...

Trang 43

Thông thường trong thực tế, người ta sử dụng sự phụ thuộc của thể tích chất lỏng (thủy ngân hoặc rượu) vào nhiệt độ.

Khi hiệu chuẩn nhiệt kế, nhiệt độ của nước đá tan thường được lấy làm điểm chuẩn (0); điểm không đổi thứ hai (100) là điểm sôi của nước ở áp suất khí quyển bình thường (thang độ C).

Vì các chất lỏng khác nhau nở ra khác nhau khi bị nung nóng, nên tỷ lệ được thiết lập sẽ phụ thuộc ở một mức độ nào đó vào các đặc tính của chất lỏng nhất định.

Tất nhiên, 0 và 100 ° C sẽ phù hợp với tất cả các nhiệt kế, nhưng 50 ° C sẽ không phù hợp.

Không giống như chất lỏng, tất cả các khí hiếm đều nở ra như nhau khi bị nung nóng và thay đổi áp suất của chúng theo cách giống nhau với sự thay đổi nhiệt độ. Vì vậy, trong vật lý, để thiết lập một thang nhiệt độ hợp lý, người ta sử dụng sự thay đổi áp suất của một lượng khí hiếm ở một thể tích không đổi hoặc thay đổi thể tích của một lượng khí ở áp suất không đổi.

Thang đo này đôi khi được gọi là thang đo nhiệt độ khí lý tưởng.

Ở trạng thái cân bằng nhiệt, động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của các phân tử chất khí là như nhau. Áp suất tỉ lệ thuận với động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của các phân tử: p = n

Ở trạng thái cân bằng nhiệt, nếu áp suất của một chất khí có khối lượng nhất định và thể tích của nó là cố định, thì động năng trung bình của các phân tử chất khí phải có một giá trị xác định chặt chẽ, như nhiệt độ.

Tại vì nồng độ của các phân tử trong thể tích khí n = thì p = hoặc =.

Kí hiệu = Θ.

Giá trị của Θ tăng khi nhiệt độ tăng và không phụ thuộc vào điều gì khác ngoài nhiệt độ.

Tỉ số giữa tích áp suất khí và thể tích của nó với số phân tử ở cùng nhiệt độ là như nhau đối với hầu hết các khí hiếm (tính chất tương tự khí lý tưởng):

Ở áp suất cao, tỷ lệ bị vi phạm.

Nhiệt độ được xác định theo cách này được gọi là nhiệt độ tuyệt đối.

Dựa vào công thức, một thang đo nhiệt độ được đưa ra mà không phụ thuộc vào bản chất của chất được sử dụng để đo nhiệt độ.

Nhiệt độ là thông số vĩ mô quan trọng nhất đặc trưng cho trạng thái cân bằng tĩnh của bất kỳ vật thể nào.

Nhiệt độ là đại lượng đo động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến hỗn loạn của các phân tử. thân hình.

Từ phương trình cơ bản của MKT ở dạng = và định nghĩa của nhiệt độ ở dạng = kT theo hệ quả quan trọng nhất:

Nhiệt độ tuyệt đối là đại lượng đo động năng trung bình của chuyển động phân tử.

Động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến hỗn loạn của các phân tử tỷ lệ với nhiệt độ nhiệt động học (hoặc nhiệt độ tuyệt đối):

KT Þ = kT Þ == kT

Nhiệt độ càng cao, các phân tử chuyển động càng nhanh.

k \ u003d 1,38 * 10-23 J / K - hằng số Boltzmann

Hằng số Boltzmann là hệ số chuyển đổi nhiệt độ từ thước đo độ (K) sang thước đo năng lượng (J) và ngược lại.

Đơn vị của nhiệt độ nhiệt động lực học là K (Kelvin)

Động năng không thể âm. Do đó, nhiệt độ nhiệt động lực học cũng không thể âm. Nó biến mất khi động năng của các phân tử bằng không.

Độ không tuyệt đối (0K) là nhiệt độ mà chuyển động của các phân tử phải dừng lại.

Để ước tính tốc độ chuyển động nhiệt của các phân tử trong chất khí, chúng ta tính bình phương trung bình của tốc độ:

Tích kNa \ u003d R \ u003d 8,31 J / (mol * K) được gọi là hằng số mol khí

Bình phương vận tốc gốc của phân tử:

Tốc độ này gần giá trị với tốc độ trung bình và có thể xảy ra nhất và cho ta ý tưởng về tốc độ chuyển động nhiệt của các phân tử trong khí lý tưởng.

Ở cùng một nhiệt độ, tốc độ chuyển động nhiệt của các phân tử khí càng cao thì M. của nó càng giảm (Ở 0oC, vận tốc của các phân tử là vài trăm m / s)

Ở cùng áp suất và nhiệt độ, nồng độ phân tử của tất cả các chất khí đều như nhau:

KT Þ p = nkT, trong đó n = N / V là nồng độ của các phân tử trong một thể tích nhất định

Đây là nơi định luật Avogadro tuân theo:

Các thể tích bằng nhau của các chất khí ở cùng nhiệt độ và áp suất chứa cùng một số phân tử.

Thang độ C - điểm chuẩn - nhiệt độ nóng chảy của nước đá 0oC, điểm sôi của nước - 100oC

Thang đo Kelvin - điểm tham chiếu - độ không tuyệt đối - 0oK (-273,15oC)

tоК = tоС -273

Thang Fahrenheit - điểm tham chiếu - nhiệt độ thấp nhất mà Fahrenheit có được từ hỗn hợp nước, đá và muối biển - 0oF, điểm tham chiếu trên - nhiệt độ cơ thể người - 96oF

CỤ THỂ

THIẾT BỊ KLAIPERON-MENDELEEV (trang 10kl.p.248-251)

(Phương trình khí lý tưởng)

Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử của khí lý tưởng

Chuyển đổi từ các thông số khí vi mô sang các thông số vĩ mô

Hằng số Loschmidt - ý nghĩa và đơn vị đo lường

Khoảng cách trung bình giữa các hạt khí lý tưởng

Phương trình trạng thái của khí lý tưởng - Klaiperon-Mendeleev

Hằng số khí phổ quát

Ý nghĩa vật lý của phương trình Claiperon-Mendeleev

p \ u003d n - phương trình cơ bản của MKT của khí lý tưởng

Tới trang: 43

Luật khí lý tưởng.

Thực nghiệm:

Các thông số chính của chất khí là nhiệt độ, áp suất và thể tích. Thể tích của một chất khí về cơ bản phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ của chất khí. Vì vậy, cần tìm mối liên hệ giữa thể tích, áp suất và nhiệt độ của chất khí. Tỷ lệ này được gọi là phương trình trạng thái.

Thực nghiệm người ta thấy rằng đối với một lượng khí nhất định, theo một giá trị gần đúng, quan hệ được thỏa mãn: ở nhiệt độ không đổi, thể tích của một chất khí tỉ lệ nghịch với áp suất tác dụng lên nó (Hình 1):

V ~ 1 / P, tại T = const.

Ví dụ, nếu áp suất tác dụng lên một chất khí tăng gấp đôi, thì thể tích sẽ giảm xuống còn một nửa so với ban đầu. Tỷ lệ này được gọi là Định luật Boyle (1627-1691) -Mariotte (1620-1684), nó cũng có thể được viết như thế này:

Điều này có nghĩa là khi một trong các đại lượng thay đổi, đại lượng kia cũng sẽ thay đổi và theo cách đó sản phẩm của chúng không đổi.

Sự phụ thuộc của thể tích vào nhiệt độ (Hình 2) được phát hiện bởi J. Gay-Lussac. Anh ấy đã phát hiện ra rằng Ở áp suất không đổi, thể tích của một lượng khí xác định tỉ lệ thuận với nhiệt độ:

V ~ T, khi P = const.

Đồ thị của sự phụ thuộc này đi qua gốc tọa độ và theo đó, tại 0K, thể tích của nó sẽ bằng 0, điều này rõ ràng không có ý nghĩa vật lý. Điều này dẫn đến giả định rằng -273 0 C là nhiệt độ thấp nhất có thể đạt được.

Định luật khí thứ ba, được gọi là luật charles,được đặt theo tên của Jacques Charles (1746-1823). Luật này nói: ở một thể tích không đổi, áp suất khí tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối (Hình 3):

Р ~ T, tại V = const.

Một ví dụ nổi tiếng của định luật này là bình xịt có thể phát nổ trong đám cháy. Điều này là do nhiệt độ tăng mạnh ở một thể tích không đổi.

Ba định luật này chỉ là thực nghiệm và chỉ giữ tốt trong khí thực miễn là áp suất và khối lượng riêng không quá cao, và nhiệt độ không quá gần với nhiệt độ ngưng tụ của chất khí, vì vậy từ "định luật" không phù hợp lắm với những đặc tính này của khí, nhưng nó đã được chấp nhận chung.

Các định luật khí của Boyle-Mariotte, Charles và Gay-Lussac có thể được kết hợp thành một mối quan hệ tổng quát hơn giữa thể tích, áp suất và nhiệt độ, có giá trị đối với một lượng khí nhất định:

Điều này cho thấy rằng khi một trong các giá trị P, V hoặc T thay đổi thì hai giá trị còn lại cũng sẽ thay đổi theo. Biểu thức này đi vào ba luật này, khi một giá trị được coi là hằng số.

Bây giờ chúng ta nên tính đến một đại lượng nữa mà cho đến nay chúng ta vẫn coi là không đổi - lượng khí này. Thực nghiệm đã được xác nhận rằng: ở nhiệt độ và áp suất không đổi, thể tích của một chất khí tăng tỉ lệ thuận với khối lượng của chất khí này:

Sự phụ thuộc này kết nối tất cả các đại lượng chính của khí. Nếu chúng ta đưa hệ số tỉ lệ vào tỉ lệ thuận này, thì chúng ta nhận được đẳng thức. Tuy nhiên, thực nghiệm cho thấy hệ số này khác nhau ở các chất khí khác nhau, do đó, thay vì khối lượng m, người ta đưa vào lượng chất n (số mol).

Kết quả là, chúng tôi nhận được:

Trong đó n là số mol và R là hệ số tỉ lệ. Giá trị R được gọi là khí vạn năng. Cho đến nay, giá trị chính xác nhất của giá trị này là:

R = 8,31441 ± 0,00026 J / mol

Bình đẳng (1) được gọi là phương trình trạng thái khí lý tưởng hoặc định luật khí lý tưởng.

Số avogadro; định luật khí lý tưởng ở cấp độ phân tử:

Rằng hằng số R có cùng giá trị đối với tất cả các chất khí là một phản ánh tuyệt vời về tính đơn giản của tự nhiên. Điều này lần đầu tiên được thực hiện, mặc dù ở một hình thức hơi khác, bởi Amedeo Avogadro người Ý (1776-1856). Anh ấy đã thực nghiệm xác lập rằng các thể tích khí bằng nhau ở cùng áp suất và nhiệt độ chứa cùng số phân tử. Thứ nhất: từ phương trình (1) có thể thấy rằng nếu các chất khí khác nhau chứa số mol bằng nhau, có cùng áp suất và nhiệt độ thì ở điều kiện R không đổi, chúng chiếm thể tích bằng nhau. Thứ hai: số phân tử trong một mol là như nhau đối với tất cả các chất khí, điều này trực tiếp theo định nghĩa về số mol. Do đó, chúng ta có thể phát biểu rằng giá trị của R là không đổi đối với mọi chất khí.

Số phân tử trong một mol được gọi là Số avogadroN A. Hiện tại, số của Avogadro là:

N A \ u003d (6,022045 ± 0,000031) 10 -23 mol -1

Vì tổng số phân tử N của một chất khí bằng số phân tử trong một mol nhân với số mol (N = nN A) nên định luật khí lý tưởng có thể được viết lại như sau:

K được gọi là đâu Hằng số Boltzmann và có giá trị bằng:

k \ u003d R / N A \ u003d (1.380662 ± 0,000044) 10 -23 J / K

Thư mục công nghệ máy nén

Sự thay đổi thể tích theo nhiệt độ. Trên hình. 49 cho thấy sự phụ thuộc của thể tích mol của nước và nước đá vào T (Eisenberg và Kozman, 1969). Có thể thấy, khi nhiệt độ tăng, thể tích của cả hai hợp chất đều thay đổi theo những cách khác nhau. Sự khác biệt lớn nhất về khối lượng được quan sát ở Khối lượng xấp xỉ lớn hơn khối lượng ở Lúc, sự khác biệt này là

trở nên gần như giống nhau bắt đầu từ nhiệt độ.

Theo chúng tôi, sự giảm thể tích của nước trong quá trình tan chảy của nước đá I là do thực tế là sự kích hoạt dao động của proton qua các đường liên kết hydro trong quá trình nóng chảy dẫn đến sự gia tăng độ biến dạng của cả bản thân và toàn bộ phân tử. hệ thống các liên kết hydro.

Cơm. 49 Sự phụ thuộc của thể tích mol của nước và nước đá và sự phụ thuộc của chất lỏng vào

Sự khác biệt về sự thay đổi thể tích với T được xác định bởi sự phụ thuộc nhiệt độ của biên độ dao động nguyên tử của các nguyên tử Trong nước đá I với tỉ số giữa biên độ dao động nguyên tử Tỉ số thể tích trong quá trình nóng chảy có giá trị xấp xỉ nhau.

Để nghiên cứu sự phụ thuộc vào nhiệt độ của thành phần “dị thường” của thể tích nước, chúng ta hãy đơn giản hóa phần thể tích nước được xác định bởi độ biến dạng của phân tử từ sự phụ thuộc chung của thể tích nước vào nhiệt độ. Để làm điều này, chúng tôi giả định rằng trong khu vực này, nước hoạt động giống như một chất lỏng thông thường với hệ số giãn nở thể tích không đổi

mà chúng tôi ước tính bằng cách ngoại suy giá trị thực nghiệm của a cho vùng nhiệt độ cao. Ngoài thành phần không đổi a, trong nước còn có một thành phần khác. 50 hiển thị cả hai thành phần a. Có thể thấy, đối với nước, ngoài đặc tính hằng số không phụ thuộc vào nhiệt độ của chất lỏng thông thường, còn có thành phần âm là hệ số nở thể tích. Trong phạm vi nhiệt độ, thể tích phụ thuộc gần như tuyến tính vào nhiệt độ và có thể được viết là Chúng tôi giả định rằng sự phụ thuộc này của sự thay đổi thể tích với nhiệt độ xác định thành phần bình thường

giảm thể tích của nước với nhiệt độ giảm dần đối với mọi nhiệt độ của trạng thái lỏng. Sự khác biệt giữa các giá trị thực nghiệm của thể tích và các giá trị là một thành phần dị thường của sự phụ thuộc nhiệt độ của thể tích phân tử nước; đối với sự phụ thuộc thực nghiệm, giảm khi nhiệt độ tăng, đóng góp vào thể tích phân tử, xác định sự phụ thuộc dị thường Đối với hệ số nở thể tích là âm và giảm (theo giá trị tuyệt đối) khi tăng nhiệt độ. Do đó, đường cong thực nghiệm của sự thay đổi thể tích theo nhiệt độ của nước lỏng có thể được biểu diễn định tính bằng tổng của hai thành phần

trong phạm vi nhiệt độ

Cơm. 50 Sự phụ thuộc của hai thành phần của hệ số nở thể tích của nước vào nhiệt độ

Khả năng nén đẳng nhiệt và đoạn nhiệt. Khả năng nén đẳng nhiệt của nước ở nhiệt độ lớn gấp bốn lần khả năng nén đẳng nhiệt của nước đá. Sự phụ thuộc của khả năng nén đẳng nhiệt của nước đá và nước vào nhiệt độ được thể hiện trong hình. 51 dựa trên dữ liệu từ Kell (1967). Như có thể thấy, khả năng nén chịu sự thay đổi lớn nhất trong phạm vi nhiệt độ được trình bày trong quá trình nóng chảy.