TRƯỜNG THPT CHUYÊN NGUYỄN ĐÌNH CHIỂU (TỈNH ĐỒNG THÁP) TRẠI HÈ PHƯƠNG NAM NĂM 2025 Giáo viên sưu tầm và biên soạn: Mai Thành Văn Nhân CHUYÊN ĐỀ: QUÁ TRÌNH THOÁT KHÍ ĐOẠN NHIỆT I. Giới thiệu 1. Mô tả hiện tượng Hiện tượng thoát khí đoạn nhiệt thường gặp trong các hệ kín nhưng cho phép chất khí thoát ra nhanh qua một lỗ nhỏ hoặc ống thông hẹp, mà không kịp trao đổi nhiệt với môi trường ngoài, tức là quá trình diễn ra gần như đoạn nhiệt. Hiện tượng này có thể xảy ra trong các trường hợp: Khi bơm xả khí từ bình ra ngoài (van mở nhanh). Trong các thí nghiệm Joule-Thomson, nếu không có hấp thu hay tỏa nhiệt đáng kể. Trong thiết bị như ống Venturi, ống Pitot, vòi phun, tên lửa. 2. Ứng dụng thực tế Hiện tượng này giải thích sự hạ nhiệt khi khí thoát ra nhanh, ứng dụng trong kỹ thuật làm lạnh, động cơ phản lực, thiết bị chân không. Thường được đưa vào các đề thi Học sinh giỏi quốc gia và Olympic Vật lý như một phần của nhiệt động lực học nâng cao. II. Lý thuyết cơ bản 1. Định nghĩa quá trình thoát khí đoạn nhiệt Quá trình mà khí lý tưởng thoát ra khỏi hệ qua một lỗ nhỏ, nhanh đến mức không kịp trao đổi nhiệt với môi trường, được gọi là quá trình thoát khí đoạn nhiệt. Hệ có thể là một bình chứa khí kín. Khí thoát ra với vận tốc lớn, gần như trong điều kiện đoạn nhiệt và không sinh công ra ngoài (công chỉ để đẩy khí thoát ra). 2. Biến thiên nội năng khi khí thoát Xét một lượng khí nhỏ δm thoát ra khỏi một bình có thể tích V, áp suất p, nhiệt độ T, khối lượng khí còn lại trong bình là m. Định luật 1 nhiệt động lực học: δQ=δU+δA 1 Trong quá trình thoát khí đoạn nhiệt, không trao đổi nhiệt: δQ=0. Công thực hiện là do khí còn lại nở ra để lấp đầy thể tích khí vừa thoát (vì bình cứng, công ra môi trường ngoài bằng 0). δU+p. δV=0 Nhưng vì thể tích bình không đổi, nên công do thể tích thay đổi không được định nghĩa theo δV. Để xử lý bài toán, ta coi: hệ gồm khí còn lại trong bình; lượng khí thoát ra nhỏ. Khi đó, taa dùng phương pháp biến phân năng lượng. c Gọi U = V m.T