Giáo Trình Vật Lý Cơ Nhiệt Đại Cương Tập 2: Nhiệt Động Học và Vật Lý Phân Tử

Nhiệt động học cơ bản là nền tảng của giáo trình, bắt đầu với khái niệm nhiệt độ và các phương pháp đo lường. Nguyên lý thứ 0 của nhiệt động lực học được giới thiệu, khẳng định rằng hai vật cân bằng nhiệt với vật thứ ba sẽ cân bằng nhiệt với nhau. Các thang nhiệt giai như Kelvin, Celsius, Fahrenheit và Rankine được so sánh, giúp sinh viên hiểu rõ cách chuyển đổi giữa các đơn vị nhiệt độ. Phần này cũng đề cập đến nhiệt kế khí thể tích không đổi, một công cụ quan trọng trong đo lường nhiệt độ chính xác.

Thuyết động học phân tử giải thích các hiện tượng nhiệt thông qua hành vi của các phân tử. Giáo trình trình bày các định luật cơ bản như định luật Boyle-Mariotte, Charles và Gay-Lussac, cùng phương trình trạng thái khí lý tưởng. Phần này cũng khám phá động năng trung bình của các phân tử và sự phân bố vận tốc theo Maxwell. Các hiện tượng như khuếch tán, ma sát nội và truyền nhiệt được phân tích dựa trên lý thuyết này, giúp sinh viên hiểu rõ bản chất vật lý của các quá trình nhiệt.

Hiệu ứng Joule-Thomson là một hiện tượng quan trọng trong nhiệt động học, xảy ra khi khí thực giãn nở qua một van tiết lưu. Giáo trình giải thích hiệu ứng này thông qua thí nghiệm Joule-Thomson, nơi nhiệt độ của khí thay đổi khi áp suất giảm. Hiệu ứng này có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt là trong quá trình hóa lỏng khí và tạo nhiệt độ thấp. Phần này cũng đề cập đến các phương pháp nén khí và ứng dụng của hiệu ứng này trong các hệ thống làm lạnh.

Sự hóa lỏng khí là quá trình chuyển đổi từ trạng thái khí sang lỏng, đòi hỏi nhiệt độ và áp suất cụ thể. Giáo trình trình bày các phương pháp tạo nhiệt độ thấp, như sử dụng hiệu ứng Joule-Thomson và các thiết bị làm lạnh. Phần này cũng khám phá các hiện tượng ở nhiệt độ thấp, như siêu dẫn và siêu chảy, cùng các ứng dụng của chúng trong khoa học và công nghệ. Các ví dụ thực nghiệm giúp sinh viên hiểu rõ quá trình và ứng dụng của sự hóa lỏng khí.

Khuếch tán là quá trình di chuyển của các phân tử từ vùng có nồng độ cao sang vùng có nồng độ thấp, trong khi ma sát nội liên quan đến sự cản trở chuyển động của các phân tử trong chất khí. Giáo trình trình bày các phương trình mô tả quá trình khuếch tán và ma sát nội, cùng các yếu tố ảnh hưởng đến chúng. Phần này cũng đề cập đến các ứng dụng của khuếch tán trong công nghiệp, như tách khí và làm sạch không khí.

Truyền nhiệt là quá trình chuyển giao năng lượng nhiệt từ vùng có nhiệt độ cao sang vùng có nhiệt độ thấp. Giáo trình giải thích các cơ chế truyền nhiệt trong chất khí, bao gồm dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Phần này cũng trình bày các phương trình truyền nhiệt và ứng dụng của chúng trong các hệ thống thực tế, như thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống làm lạnh. Các ví dụ thực nghiệm giúp sinh viên hiểu rõ quá trình và ứng dụng của truyền nhiệt.