Đang tải... (xem toàn văn)
Các định luật chất khí (Phần 1) Viết bởi Trần NghiêmThứ ba, 26 Tháng 3 2013 20 40 9 9/10 519 lượt đọc Chúng tôi trích giới thiệu với các bạn một số bản dịch từ tác phẩm Những câu hỏi và bài tập vật lí[.]
Các định luật chất khí (Phần 1) Viết Trần NghiêmThứ ba, 26 Tháng 2013 20:40 9.9/10 - 519 lượt đọc Chúng tơi trích giới thiệu với bạn số dịch từ tác phẩm Những câu hỏi tập vật lí phổ thơng hai tác giả người Nga L Tarasov A Tarasova, sách xuất Nga năm 1968 Bản dịch lại từ tiếng Anh xuất năm 1973 Các giảng trình bày dạng thảo luận hỏi đáp giáo viên học sinh §20 Các định luật chất khí (Phần 1) GV: Hãy viết phương trình định luật chất khí kết hợp HS A: Phương trình có dạng p, V T áp suất, thể tích nhiệt độ lượng khí định trạng thái định, p0, V0 T0 áp suất, thể tích nhiệt độ cho trạng thái ban đầu Nhiệt độ biểu diễn theo thang nhiệt độ tuyệt đối HS B: Em thích sử dụng phương trình có dạng khác m khối lượng chất khí, μ khối lượng phân tử gram R số chất khí GV: Cả hai phương trình em nêu (Quay sang HS B) Em sử dụng số chất khí Hãy nói xem em tính giá trị nào? Tơi khơng nghĩ người ta nhớ HS B: Để tính R, em sử dụng phương trình (103), thông số p0, V0 T0 gán cho lượng khí cho xét điều kiện tiêu chuẩn Điều có nghĩa p0 = 76 cmHg, T0 = 273 K V0 = (m/μ)μ) × 22,4 lít, phân tử gram chất khí điều kiện tiêu chuẩn chiếm thể tích xác định 22,4 lít Tỉ số (m/μ)μ) rõ ràng số phân tử gram có lượng khí cho Thay giá trị vào phương trình (103) ta So sánh với biểu thức (104) ta R = 6,2 cmHg.lít/μ)độ GV: Tơi u cầu em làm phép tính để chứng minh tương đương biểu thức (103) (104) Thật khơng may, thí sinh thường biết phương trình (103) khơng quen với phương trình (104), phương trình khớp với phương trình (102) thu phần trước sở xét giả thuyết động học phân tử So sánh phương trình (102) (104) ta suy (m/μ)μ)R =Nk Như Vì thế, số chất khí hóa tích số số Avogadro số Boltzmann Tiếp theo xem em có biết sử dụng phương trình chất khí kết hợp hay khơng Hãy vẽ đường cong biểu diễn trình đẳng áp, tức q trình áp suất chất khí khơng đổi, sử dụng trục tọa độ V T HS A: Hình em nhớ trình biểu diễn đường thẳng GV: Tại lại nhớ? Hãy sử dụng phương trình (104) Trên sở đó, biểu diễn thể tích chất khí hàm nhiệt độ HS A: Từ phương trình (104) ta có GV: Áp suất có phụ thuộc vào nhiệt độ hay khơng? HS A: Trong trường hợp cho, khơng phụ thuộc xét q trình đẳng áp GV: Tốt Bây tích (m/μ)μ)(R/μ)p) phương trình (106) số tỉ lệ Do đó, ta thu phụ thuộc tuyến tính thể tích chất khí vào nhiệt độ Các thí sinh thường biểu diễn trình đẳng áp (p = const), đẳng nhiệt (T = const) đẳng tích (V = const) đồ thị với trục tọa độ p V Đồng thời, em thường thấy khó miêu tả trình với tập hợp khác trục tọa độ, ví dụ V T, hay T p Ba trình biểu diễn Hình 73 với tập hợp khác trục tọa độ HS B: Em có câu hỏi đường đẳng áp đồ thị với trục tọa độ V T Từ phương trình (106) từ đường cong tương ứng Hình 73, ta thấy nhiệt độ tiến tới khơng, thể tích chất khí tiến tới khơng Tuy nhiên, khơng thể có chuyện thể tích chất khí nhỏ tổng thể tích tất phân tử Vậy lập luận em sai chỗ nào? GV: Các phương trình (102), (103), (104) (106) áp dụng cho gọi chất khí lí tưởng Chất khí khí lưởng mơ hình đơn giản hóa khí thực kích cỡ phân tử lực hút tương hỗ chúng không xét đến Tất đường cong Hình 73 áp dụng cho mơ hình đơn giản hóa thế, tức áp dụng cho chất khí lí tưởng HS B: Nhưng định luật chất khí khớp với số liệu thực nghiệm, thí nghiệm xét chất khí thực có phân tử có kích cỡ riêng chúng GV: Cần lưu ý thí nghiệm chưa thực nhiệt độ cực thấp Nếu chất khí thực khơng bị q lạnh hay q nén, mơ tả xác mơ hình khí lí tưởng Cũng lưu ý chất khí có khơng khí (ví dụ nitrogen oxygen), điều kiện thỏa mãn nhiệt độ phòng áp suất thường HS B: Có phải ý thầy muốn nói vẽ đồ thị phụ thuộc thể tích vào nhiệt độ trình đẳng áp cho chất khí thực, đường cong trùng với đường thẳng tương ứng Hình 73 nhiệt độ đủ cao không trùng vùng nhiệt độ thấp? GV: Chính xác Ngồi ra, nhớ với giảm nhiệt độ đủ đáng kể chất khí ngưng tụ thành chất lỏng HS B: Em biết Thật đường cong phương trình (106) Hình 73 qua gốc tọa độ, hay điểm khơng, khơng có ý nghĩa vật lí Nhưng có lẽ nên kết thúc đường cong trước tới điểm chứ? GV: Điều không thiết Em vẽ đường cong cho mơ hình chất khí Mơ hình áp dụng đâu lại câu hỏi khác Bây muốn đề xuất sau Hai đường đẳng áp Hình 74 vẽ theo trục tọa độ V T: đường tương ứng với áp suất p1 đường tương ứng với áp suất p2 Hỏi áp suất cao hơn? HS A: Có khả p2 cao p1 GV: Em trả lời mà khơng thèm suy nghĩ hết Rõ ràng, em trả lời đường đẳng áp dốc hơn, tương ứng với áp suất cao Tuy nhiên, câu trả lời sai hoàn toàn Tan góc nghiêng đường đẳng áp (m/μ)μ)(R/μ)p) theo phương trình (106) Suy áp suất cao góc nghiêng đường đẳng áp nhỏ Như vậy, trường hợp chúng ta, p2