Phương trình clapeyron-clausius

Thay đổi giai đoạn , chẳng hạn như chuyển đổinước lỏng thành hơi, cung cấp một ví dụ quan trọng về một hệ thống trong đó có sự thay đổi lớn nội năng với thể tích ở nhiệt độ không đổi . Giả sử rằng hình trụ chứa cả nước và hơi nước trongcân bằng với nhau ở áp suất P , và hình trụ được giữ ở nhiệt độ không đổi T , như hình bên. Áp suất vẫn bằngáp suất hơi P vap khi piston di chuyển lên, miễn là cả hai pha vẫn tồn tại. Tất cả những gì xảy ra là nhiều nước hơn chuyển thành hơi và bình chứa nhiệt phải cung cấp nhiệt tiềm ẩn của quá trình hóa hơi, λ = 40,65 kilojoules / mol, để giữ nhiệt độ không đổi.

Có thể áp dụng các kết quả của phần trước để tìm sự biến thiên của điểm sôi của nước với áp suất. Giả sử khi pittông chuyển động lên, 1 mol nước chuyển thành hơi. Sự thay đổi thể tích bên trong hình trụ khi đó Δ V = V khí - V chất lỏng , trong đó V khí = 30,143 lít là thể tích của 1 mol hơi nước ở 100 ° C, và V chất lỏng = 0,0188 lít là thể tích của 1 mol Nước. Theo định luật thứ nhất của nhiệt động lực học , sự thay đổi nội năng Δ U đối với quá trình hữu hạn ở không đổi P và T là Δ U= Λ - P Δ V .

Sự biến thiên của U với thể tích ở T không đổi đối với hệ hoàn chỉnh gồm nước và hơi nước là

So sánh với phương trình [46] thì phương trình

Phương trình này rất hữu ích vì nó cho biết sự thay đổi theo nhiệt độ của áp suất tại đó nước và hơi nước ở trạng thái cân bằng - tức là nhiệt độ sôi. Có thể thu được phiên bản gần đúng nhưng hữu ích hơn của nó bằng cách bỏ qua V chất lỏng so với V khí và sử dụng

Ví dụ, trên đỉnh Everest , áp suất khí quyển bằng khoảng 30% giá trị của nó ở mực nước biển . Sử dụng các giá trị R = 8,3145 jun trên K và λ = 40,65 kilojoules trên mol, phương trình trên cho T = 342 K [69 ° C] cho nhiệt độ sôi của nước, vừa đủ để pha trà .

Tính tổng quát sâu rộng của các ràng buộc áp đặt bởi các định luật nhiệt động lực học làm cho số lượng các ứng dụng tiềm năng lớn đến mức không thực tế để liệt kê mọi công thức có thể được sử dụng, ngay cả trong sách giáo khoa chi tiết về chủ đề này. Vì lý do này, sinh viên và những người thực hành trong lĩnh vực này phải thành thạo trong các thao tác toán học liên quan đến đạo hàm riêng và hiểu nội dung vật lý của chúng.

Một trong những điểm mạnh của nhiệt động lực học cổ điển là các dự đoán về hướng thay đổi tự phát hoàn toàn độc lập với cấu trúc vi mô của vật chất , nhưng điều này cũng thể hiện một hạn chế là không có dự đoán nào được đưa ra về tốc độ mà một hệ tiến tới trạng thái cân bằng . Trên thực tế, tốc độ có thể cực kỳ chậm, chẳng hạn như sự chuyển đổi tự phát của kim cương thành than chì . Nhiệt động lực học thống kê cung cấp thông tin về tốc độ của các quá trình, cũng như những hiểu biết quan trọng về bản chất thống kê của entropy và định luật thứ hai của nhiệt động lực học.

Nhà khoa học người Anh ở thế kỷ 20 CP Snow đã giải thích ba định luật đầu tiên của nhiệt động lực học, tương ứng là:

1. Bạn không thể giành chiến thắng [tức là người ta không thể có được thứ gì đó mà không có gì, vì sự bảo toàn của vật chất và năng lượng].

3. Bạn không thể ra khỏi trò chơi [tức là không thể đạt được độ không tuyệt đối vì không tồn tại chất hoàn toàn tinh khiết].