ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG VẬT LÝ PHÂN TỬ VÀ NHIỆT HỌC

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG VẬT LÍ PHÂN TỬ VÀ NHIỆT HỌC 1 CHƯƠNG 1 Cấu tạo phân tử của vật chất Số tiết: 3 (Lý thuyết 2 tiết; bài tập, thảo luận: 01) *) Mục tiêu: +) Kiến thức: - Sinh viên biết được nội dung của thuyết nguyên tử và phân tử, cấu tạo bên trong nguyên tử và kích thước nguyên tử. - Sinh viên biết mô tả chuyển động Brown và giải thích chuyển động Brown bằng chuyển động nhiệt của phân tử. - Sinh viên hiểu được vai trò của lực tương tác giữa các nguyên tử phân tử. Biết được các khái niệm về liên kết hiđrô, liên kết cộng hóa trị, liên kết ion trong phân tử. - Sinh viên vận dụng thuyết nguyên tử, phân tử và đặc điểm của lực tương tác giữa các phân tử để phân loại các thể của vật chất. +) Kỹ năng: - Biểu diễn được quỹ đạo chuyển động Brown. - Phân loại được các liên kết của phân tử. +) Thái độ: - Sinh viên yêu thích môn học, tích cực nghiên cứu và trao đổi kiến thức của chương. 1.1 Thuyết nguyên tử và phân tử. Đơn vị đo lượng chất – mol, số Avôgađrô 1.1.1. Thuyết nguyên tử và phân tử a) Thuyết nguyên tử: vật chất có thể bị chia nhỏ tới một giới hạn nhất định, giới hạn đó gọi là nguyên tử. b) Thuyết phân tử: trong các thể tích bằng nhau của các chất khí khác nhau, ở cùng một nhiệt độ và áp suất, đều có số phân tử như nhau. 1.1.2. Cấu tạo bên trong nguyên tử và kích thước nguyên tử. Nguyên tử được cấu tạo từ những loại hạt cơ bản khác nhau đó là: electron, proton và notron. Nguyên tử gồm một hạt nhân tích điện dương. Hạt nhân cấu tạo bởi hai loại hạt là proton tích điện dương và notron không mang điện, hai loại hạt này có tên chung là nucleon. Hạt nhân nguyên tử có kích thước khoảng 10 -13 m, đường kính của nguyên tử vào khoảng 10 -10 m. Kích thước nguyên tử của các nguyên tố khác nhau là khác nhau tùy theo số proton, notron trong hạt nhân và số electron bao quanh hạt nhân. 1.1.3. Lượng chất. Đơn vị mol - Lượng chất chứa trong một vật được xác định theo số hạt (nguyên tử, phân tử ) chứa trong vật ấy. Lượng chất chứa trong một mol của mọi chất đều có cùng một giá trị, được gọi là số Avogadro N A =6,022045.10 23 mol -1 . - Đơn vị đo lượng chất là mol, được định nghĩa như sau: mol là lượng chất của một hệ chứa một số thực thể cơ bản bằng tổng số nguyên tử trong 0,012kg cacbon 12. Khi dùng mol phải chỉ rõ thực thể cơ bản, chúng có thể là nguyên tử, phân tử, ion, điện tử và các hạt hoặc các nhóm đặc trưng của hạt 1.2 Chuyển động Brown và cách giải thích bằng chuyển động nhiệt của phân tử 1.2.1. Mô tả chuyển động Brown 2 Năm 1827, Brown trong khi quan sát các hạt phấn hoa trong nước bằng kính hiển vi đã phát hiện ra rằng các hạt phấn hoa chuyển động không ngừng. Hiện tượng này gọi là chuyển động Brown. Quỹ đạo chuyển động là một đường gãy khúc không theo quy luật nào cả. Chuyển động Brown phụ thuộc vào kích thước hạt, nhiệt độ môi trường, độ nhớt môi trường 1.2.2. Giải thích chuyển động Brown Tại sao các hạt Brown chuyển động hỗn loạn không ngừng? Gợi ý: Giải thích trên cơ sở chuyển động nhiệt của các hạt cấu tạo nên môi trường và tính chất vĩ mô của môi trường. Tóm lại, nguyên nhân của chuyển động Brown là chuyển động nhiệt của phân tử (hay nguyên tử) của môi trường. Ngược lại, chuyển động Brown là một sự kiện thực nghiệm rất quan trọng chứng tỏ sự tồn tại chuyển động nhiệt của các hạt cấu tạo nên môi trường. 1.3 Lực tương tác nguyên tử và phân tử (tự học) 1.3.1. Vai trò của lực tương tác Giữa các nguyên tử hay giữa các phân tử tồn tại lực tương tác. Nếu không có các lực tương tác này thì do chuyển động nhiệt các chất đều ở trạng thái khí, vì lúc đó các nguyên tử, phân tử chuyển động hỗn loạn và bay tung về mọi phía. Lực tương tác là cơ sở tạo nên các liên kết nguyên tử hay phân tử. Độ bền vững của liên kết được đặc trưng bằng năng lượng liên kết, đó là năng lượng được giải phóng khi hình thành liên kết. 1.3.2. Liên kết ion: - Liên kết ion tạo thành khi hợp chất gồm hai nguyên trở lên tử trong đó electron của nguyên tử này chuyển sang nguyên tử kia. Nguyên tử mất electron trở thành ion dương, còn nguyên tử nhận thêm electron trở thành ion âm. - Ví dụ: NaCl, MgCl 2, - Liên kết ion có thể xảy ra đối với những phân tử gồm nhiều nguyên tử. - Liên kết ion không bão hòa (nghĩa là một ion này có tác dụng hút với số lượng không hạn chế các ion trái dấu khác và không định hướng (theo hướng tùy ý). 1.3.3. Liên kết cộng hóa trị - Liên kết cộng hóa trị được hình thành do sự ghép đôi hai electron riêng rẽ của hai nguyên tử tham gia tương tác. Sự hình thành liên kết giữa hai nguyên tử được thực hiện bằng một hay nhiều cặp ghép đôi. Lúc đó các nguyên tử tham gia tương tác có cấu hình của các khí trơ tương ứng. - Ví dụ: H 2 , Cl 2 , - Khi hình thành liên kết này, mật độ mây electron ở không gian giữa hai hạt nhân tăng lên do hai mây electron xen phủ lên nhau, làm cho mật độ điện tích âm ở khu vực đó tăng lên, có tác dụng hút hai hạt nhân và liên kết chúng lại. - Liên kết cộng hóa trị có thể xảy ra đối với đơn chất (H 2 , Cl 2 ) cũng như hợp chất (H 2 S, H 2 O, CH 4 , NH 3 , ) và các chất bán dẫn, 3 Hình 1.1: Chuyển động Brawn - Liên kết cộng hóa trị có tính bão hòa và tính định hướng. Tính bão hòa của liên kết thể hiện ở chỗ mỗi nguyên tử có khả năng tạo thành liên kết cộng hóa trị chỉ với một số hạn chế nguyên tử khác ở cạnh nó. 1.3.4. Liên kết kim loại - Liên kết kim loại là liên kết giữa các nguyên tử kim loại ở trạng thái tinh thể hay trạng thái lỏng. - Lực hút giữa các electron này với các ion dương kim loại là nguyên nhân của liên kết kim loại. - Liên kết kim loại chỉ tồn tại ở trạng thái kết tụ rắn hoặc lỏng 1.3.5. Tương tác giữa các phân tử a) Lực Van – đơ – Van: được sinh ra từ ba hiệu ứng: Hiệu ứng định hướng, hiệu ứng cảm ứng, hiệu ứng khuếch tán - Hiệu ứng định hướng: Do sự phân bố không đồng đều các điện tích âm và dương trong phân tử nên phân tử bị phân cực, trở thành một lưỡng cực thường xuyên. Ví dụ phân tử nước, ở đó hai nguyên tử H không nằm đối xứng hai bên nguyên tử O mà tạo với O một góc 103 0 , nên phân tử nước là một lưỡng cực thường xuyên (hình 1.2). Giữa các phân tử phân cực này có lực tương tác tĩnh điện, gồm có lực hút và lực đẩy. Tuy nhiên vì một hệ các vật tương tác luôn có khuynh hướng sao cho hệ có thế năng tương tác thấp nhất, ứng với một trạng thái vững bền nhất, cho nên các phân tử phân cực luôn có xu hướng sắp xếp song song nhau (hình 1.3) do các định hướng này đáp ứng được đòi hỏi nói trên. Vì lí do đó, hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng định hướng. - Hiệu ứng cảm ứng Những phân tử không phân cực cũng sẽ bị phân cực dưới tác dụng của điện trường của các phân tử phân cực thường xuyên. Sự phân cực này được gọi là sự phân cực cảm ứng và tương tác giữa các phân tử bị phân cực cảm ứng được gọi là hiệu ứng cảm ứng. - Hiệu ứng khuếch tán Với hai hiệu ứng trên chưa giải thích được lực tương tác giữa các phân tử không phân cực, đặc biệt giữa các phân tử của khí trơ. Vì vậy lực Van-đơ-Van còn do một hiệu ứng thứ ba là hiệu ứng khuếch tán. Hiệu ứng này được giải thích như sau: Coi các electron và hạt nhân nguyên tử, phân tử luôn luôn ở trạng thái chuyển động và trong quá trình chuyển động này, sự phân bố điện tích âm và dương trở nên không đối xứng, do đó gây nên sự phân cực tức thời nên đã tạo ra lực Van-đơ-Van. 4 H H H H O O H O O O 103 0 103 0 103 0 Hình 1.2 + - + - + - + - Hình 1.3 b) Liên kết hidro: sinh ra khi nguyên tử hidro liên kết với nguyên tử có độ âm điện mạnh (nguyên tử oxi, flo, nito,clo, ). Độ âm điện là số đo khuynh hướng hút electron liên kết của nguyên tử trong phân tử. Các nguyên tử có độ âm điện mạnh hút electron liên kết của hiđrô lệch hẳn về phía mình, do đó nó trở nên tích điện âm, còn hiđrô bị mất electron trở thành một hạt nhân tích điện dương. 1.4. Mô hình cấu tạo chất ở các thể khí, thể lỏng và thể rắn 1.4.1. Cấu tạo chất ở thể khí - Động năng chuyển động nhiệt vượt xa thế năng tương tác của các hạt. - Các hạt (phân tử khí) có thể chuyển động gần như tự do và chiếm toàn bộ thể tích của bình đựng. - Trong khi chuyển động nhiệt, các phân tử khí có thể va chạm với nhau và với thành bình. 1.4.2. Cấu tạo chất ở thể lỏng - Sự khác nhau giữa động năng chuyển động nhiệt của các hạt và thế năng tương tác giữa chúng không lớn. - Các hạt chất lỏng vẫn có thể dịch chuyển, quay, dao động nhưng không thể thoát khỏi vùng tác dụng của lực Van - đơ – Van. - Chất lỏng có thể tích xác định nhưng không có hình dạng xác định. 1.4.3. Cấu tạo chất ở thể rắn - Thế năng tương tác giữa các hạt lớn hơn hẳn động năng chuyển động nhiệt của các hạt. - Các hạt được sắp xếp thành những cấu trúc xác định. Mỗi hạt hầu như không có khả năng chuyển động tịnh tiến mà chỉ có khả năng dao động quanh vị trí cân bằng. - Khoảng cách giữa hai vị trí cân bằng cạnh nhau xấp xỉ với khoảng cách r 0 ứng với cực tiểu của thế năng tương tác tổng hợp. *) Tài liệu học tập [1] Bùi Trọng Tuân (2005), Nhiệt học, NXB Đại học Sư phạm. [2] Đàm Trung Đồn, Nguyễn Trọng Phú (1994), Vật lí phân tử và nhiệt học, NXB Giáo dục, Hà Nội [3] Lê Văn (1978) , Vật lý phân tử và nhiệt học, NXB Giáo dục Hà Nội *) Câu hỏi, bài tập, nội dung ôn tập và thảo luận 1. Vận dụng nội dung thuyết nguyên tử, phân tử để giải thích sự tạo thành các chất? Từ đó cho biết cấu tạo của nguyên tử, phân tử? Đơn vị đo lượng chất? 2. Mô tả chuyển động Brown? giải thích chuyển động Brown? 3. Vai trò của lực tương tác giữa các phân tử? 4. Nêu mô hình cấu tạo chất ở các thể khí, thể lỏng và thể rắn? So sánh cấu tạo chất của ba thể khí lỏng và rắn này? 5 CHƯƠNG 2 Khí lý tưởng Số tiết: 03 (Lý thuyết: 02 tiết; bài tập, thảo luận: 01 tiết) *) Mục tiêu: +) Kiến thức: - Biết cách thiết lập phương trình trạng thái của n mol khí lí tưởng: phương trình Clapêrôn và phương trình Menđêlêep – Clapêrôn. - Biết được nhiệt kế khí thể tích không đổi và nhiệt giai Kenvin và một số nhiệt giai khác. - Hiểu được đặc điểm của khí lí tưởng trong trường trọng lực. Biết cách thiết lập công thức phong vũ biểu. - Vận dụng được các định luật thực nghiệm về khí ở áp suất thường để giải thích một số hiện tượng vật lí và giải các bài tập liên quan. +) Kỹ năng: - Vẽ được các đồ thị đẳng quá trình. - Tính được các thông số đặc trưng (nhiệt độ, áp suất và thể tích) +) Thái độ: - Sinh viên yêu thích môn học, tích cực nghiên cứu và trao đổi kiến thức của chương. 2.1 Các định luật thực nghiệm về khí ở áp suất thông thường. Nhiệt độ tuyệt đối 2.1.1. Định luật Bôilơ – Mariôt a) Công thức định luật: pV = const (2.1) b) Nội dung định luật: Ở nhiệt độ không đổi, tích của áp suất p và thể tích V của một lượng khí xác định là một hằng số c) Đường đẳng nhiệt ( hình 2.1) Trong hệ tọa độ OpV, các đường đẳng nhiệt là các đường hypebol biểu diễn mối liên hệ giữa p và V. Tập hợp các đường đẳng nhiệt được gọi là họ các đường đẳng nhiệt. 2.1.2. Định luật Saclơ a) Công thức định luật: )1( 0 tpp t γ += (2.2) b) Nội dung định luật: Đối với một lượng khí đã cho, khi giữ nguyên thể tích thì áp suất của khí biến thiên theo hàm bậc nhất đối với nhiệt độ. c) Đường đẳng tích (hình 2.2) 2.1.3. Định luật Gay Luyxac a) Nội dung định luật Độ biến thiên tương đối của thể tích của lượng khí đã cho tỉ lệ thuận với biến thiên nhiệt độ khi áp suất không đổi. b) Biểu thức định luật 6 0 273 C− p V 1 V 2 02 p 0 t C 01 p Hình 2.2: Đồ thị đường đẳng tích t 1 t 2 t 1 >t 2 O V p Hình 2.1: Đồ thị đường đẳng nhiệt const V T = (2.3) Định luật Gay Luyxac viết theo nhiệt giai Celcius: )1( 0 t VV t α += (2.4) Trong đó: V t và V 0 lần lượt là áp suất ở t 0 C và 0 0 C; 273 1 = α : Hệ số nhiệt biến đổi thể tích đẳng áp của khí. c) Đường đẳng áp: hình 2.3 2.1.4. Định luật Đantôn a) Khí lí tưởng Khí lí tưởng là khí tuân theo chính xác các định luật thực nghiệm và tồn tại ở trạng thái khí trong mọi nhiệt độ. Khí lí tưởng gồm một số rất lớn các phân tử có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách trung bình giữa chúng; các phân tử chuyển động nhiệt hỗn loạn không ngừng. Lực tương tác giữa các phân tử là không đáng kể trừ lúc va chạm. Sự va chạm giữa các phân tử và giữa phân tử với thành bình là hoàn toàn đàn hồi. b) Định luật Đantôn - Định luật Áp suất của hỗn hợp khí bằng tổng các áp suất riêng phần của các khí có trong hỗn hợp khí đó. - Hệ thức: p = p 1 + p 2 + p 3 + … (2.5) Trong đó p 1 , p 2 , p 3 , …là các áp suất riêng phần của mỗi chất khí trong hỗn hợp, p là áp suất chung của cả hỗn hợp khí. Chú ý: Các định luật Bôilơ – Mariôt và Gay Luyxac chỉ đúng khi chất khí ở nhiệt độ vá áp suất thông thường của phòng thí nghiệm. Khi áp suất của khối khí quá lớn hay nhiệt độ của khối khí quá thấp thì các chất khí không tuân theo các định luật đó nữa. 2.1.5. Một số ví dụ áp dụng các định luật thực nghiệm: *) Ví dụ 1: Một ống hình chữ U tiết diện không đổi có một đầu kín chứa không khí; đoạn ống chứa không khí h 0 = 30 cm. Không khí bị giam bởi thủy ngân mà hai mặt thoáng chênh nhau d 0 = 14 cm. Người ta đổ thêm vào ống một lượng thủy ngân có chiều dài a = 6 cm. Tính chiều dài mới h của cột không khí. Áp suất khí quyển bằng p 0 = 76 cmHg biết nhiệt độ không đổi. Giải Gọi L là chiều dài của ống, l, b 0 lần lượt là chiều dài các phần ống chứa Hg và để trống, d là khoảng chênh lệch giữa hai mặt thoáng sau khi đổ thêm Hg. l + a và b lần lượt là chiều dài các phần ống chứa Hg và còn trống sau khi đổ thêm Hg. Ta có: L = h 0 + l + b 0 = h + l + a + b d 0 + b 0 = d + b + h 0 – h Trừ 2 phương trình ta suy ra: 7 -273 0 C O t V V 0 Hình 2.3: Đồ thị đường đẳng áp d = d 0 + a – 2(h 0 - h) = 20 – 2(30 - h) = 2h – 40 Áp dụng định luật Bôilơ – Mariôt cho không khí bị giam ta có: (p 0 + d 0 )h o = (p 0 + d)h hay 2700 = (76 + 2h - 40)h => 2 2 36 2700 0h h − − = (h>0) Giải phương trình bậc hai lấy nghiệm dương ta được h = 28,8 cm và d = 17,6 cm *) Ví dụ 2: Có 2 bình chứa hai thứ khí khác nhau thông với nhau bằng một ống thủy tinh có khóa. Thể tích của bình thứ nhất là 2 lít, của bình thứ 2 là 3 lít. Lúc đầu ta đóng khóa, áp suất của hai bình lần lượt là 1 atm và 3 atm. Sau đó mở khóa nhẹ nhàng để hai bình thông nhau sao cho nhiệt độ vẫn không thay đổi. Tính áp suất của chất khí trong hai bình khí khi thông nhau? Giải Gọi p 1 ’ và p 2 ’ là áp suất riêng phần của chất khí thứ nhất và thứ hai khi hai bình đã thông nhau. Khi đó, Áp dụng định luật Bôilơ – Mariôt ta có: p 1 V 1 = p 1 ’(V 1 + V 2 ) ⇒ 1 1 1 1 2 p V p' = V + V p 2 V 2 = p 2 ’(V 1 + V 2 ⇒ 21 22 2 ' VV Vp p + = Áp dụng định luật Danton cho hỗn hợp khí: p = p’ 1 + p’ 2 ⇒ 1 1 2 2 1 2 p V +p V p = V + V Thay số vào biểu thức trên ta được: 2,2 32 3.32.1 = + + = p (atm) Vậy áp suất của hỗn hợp khí là 2,2 atm. 2.2 Nhiệt kế khí thể tích không đổi và nhiệt giai Kenvin. Các nhiệt giai khác (tự học) 2.2.1. Nhiệt kế khí thể tích không đổi Chọn nhiệt kế chuẩn dựa vào áp suất tác dụng lên một chất khí chứa trong bình có thể tích không đổi để chuẩn các nhiệt kế khác. Hình 2.4 mô tả một nhiệt kế khí có thể tích không đổi. Nhiệt kế này bao gồm một bình thủy tinh chứa đầy khí, một ống dẫn nối với áp kế thủy ngân và bình điều khiển A. Các dụng cụ được nối với nhau như hình vẽ. Khi nâng bình A lên hay hạ xuống, mức thủy ngân ở nhánh trái luôn chỉ số không, đảm bảo thể tích trong bình khí là không 8 Hình 2.4: Nhiệt kế khí thể tích không đổi đổi. Nhiệt độ của vật muốn đo tiếp xúc với bình khí là T thì T tỷ lệ thuận với áp suất của bình khí khi thể tích V = const, nghĩa là T = C.p (với C là một hằng số) và tỷ lệ thuận với áp suất p theo hệ thức: 0 p p gh= +ρ (2.6) Trong đó 0 p là âp suất khí quyển, ρ là khối lượng riêng của thủy ngân và h là độ chênh lệch mức thủy ngân trong hai nhánh của khí áp kế 2.2.2. Nhiệt giai Kenvin (thang nhiệt độ tuyệt đối) Nhiệt giai Kenvin có mốc nhiệt độ và cỡ đơn vị được xác định bằng cách gá cho nhiệt độ điểm ba của nước là 273,16K (đã được một hội nghị quốc tế xác định). Cỡ đơn vị của thang này bằng cỡ đơn vị của thang Xenxiut. Nhiệt độ đo theo thang này được kí hiệu là T, đơn vị của nó gọi là Kenvin (kí hiệu là K) Điểm ba của nước nếu đo theo thang Xenxiut thì bằng 0,01 0 C, như vậy gốc của thang Kenvin 0 K (được gọi là độ không tuyệt đối) sẽ ứng với -273,15 0 C ta lấy trước đây. 2.2.3. Các nhiệt giai khác - Thang nhiệt độ bách phân (thang nhiệt độ Xenxiut): thang nhiệt độ này chọn nhiệt độ nóng chảy của nước đá ở 1atm là 0 0 C và nhiệt độ sôi của nước ở 1atm là 100 0 C. Nhiệt độ đo theo thang này ký hiệu là t, đơn vị ký hiệu là 0 C, cỡ đơn vị là 1 0 C - Thang nhiệt độ Farenhai: thang nhiệt độ này chọn nhiệt độ nóng chảy của nước đá ở 1atm là 32 0 F và hiệt độ sôi của nước ở 1atm là 212 0 F. Nhiệt độ đo theo thang này ký hiệu là t F , đơn vị ký hiệu là 0 F. Công thức quy đổi nhiệt độ đo theo thang này và đo theo thang Xenxiut bằng hệ thức sau: 0 F 9 t ( t 32) F 5 = + hoặc 0 F 5 t (t 32) C 9 = − (2.7) - Thang nhiệt độ Rêômuya dựa vào nhiệt kế dùng chất lỏng là rượu, thang nhiệt độ này lấy điểm nóng chảy của nước đá (ở áp suất 1atm) là 0 độ và điểm sôi của nước (ở áp suất 1atm) là 80 độ. Nhiệt độ đo theo thang này ký hiệu là t R , đơn vị ký hiệu là 0 R. Công thức quy đổi nhiệt độ đo theo thang này và đo theo thang Xenxiut bằng hệ thức sau: 0 R 4 t ( t) R 5 = hoặc 0 R 5 t ( t ) C 4 = (2.8) 2.3. Phương trình trạng thái của n mol khí lí tưởng 2.3.1. Phương trình Clapêrôn Thiết lập phương trình trạng thái của khí lí tưởng khi lượng khí này biến đổi từ trạng thái (1) đến trạng thái (2) bất kỳ dựa vào các định luật thực nghiệm đã biết. Kết quả ta thu được công thức: 1 1 2 2 1 2 p V p V T T = (2.9a) Việc chọn trạng thái (1) và (2) là tùy ý nên có thể viết: pV const T = (phương trình Clapêrôn) (2.9b) 2.3.2. Phương trình Menđêlêep – Clapêrôn 9 Phương trình này được thành lập bằng cách nhân số mol m n = µ (trong đó m và µ lần lượt là khối lượng và khối lượng mol của khí đang xét) vào hai vế của phương trình Claperon viết cho 1mol khí ta được RT m pV µ = (2.10) Phương trình (2.10) là phương trình trạng thái cho n mol khí lí tưởng. 2.4 Khí lí tưởng trong trường trọng lực. Công thức phong vũ biểu (tự học) 2.4.1. Khí lí tưởng trong trường trọng lực Khi không có trường lực ngoài tác dụng lên phân tử khí, thì mật độ phân tử khí là đồng nhất (khối lượng riêng của khí là đồng nhất). Khi có trường lực ngoài thì khối lượng riêng của khí không còn đồng nhất nữa mà nó thay đổi theo chiều cao. 2.4.2. Công thức phong vũ biểu - Độ giảm áp suất giữa hai mặt ngang z và z + dz trong một cột khí được xác định bằng công thức: dp gdz ρ = − (2.11) Trong đó ρ là khối lượng riêng phụ thuộc vào độ cao z; g là gia tốc trọng trường - Giải phương trình vi phân (2.8) ta tìm được: z RT g 0 epp µ− = (2.12) Trong đó p 0 và p là áp suất của khí ở chiều cao z 0 = 0 và z. Công thức (2.12) được gọi là công thức phong vũ biểu. Nếu biết được p 0 và p thì ta sẽ tính được độ cao z trong khí quyển. *) Tài liệu học tập [1] Bùi Trọng Tuân (2005), Nhiệt học, NXB Đại học Sư phạm. [2] Lê Văn (1978) , Vật lý phân tử và nhiệt học, NXB Giáo dục Hà Nội [3] Lương Duyên Bình (2009), Bài tập Vật lí đại cương, tập 1 - Cơ nhiệt, NXB Giáo dục. *) Câu hỏi, bài tập, nội dung ôn tập và thảo luận A. Câu hỏi ôn tập 1. Phát biểu các định luật thực nghiệm: định luật Bôi lơ-Mariot, định luật Saclơ, định luật Gay-Luyxac, định luật Đan tôn. 2. Xây dựng phương trình trạng thái của khí lý tưởng (phương trình Claperon và phương trình Mendelev – Claperol) 3. Có mấy loại nhiệt giai? Công thức liên hệ giữa nhiệt độ bách phân nhiệt độ tuyệt đối và nhiệt độ Farenhai 4. Dùng thuyết động học phân tử giải thích định luật Boyle – Mariotte? 5. Tại sao có một số loài cá bắt được ở biển sâu, khi đem lên khỏi mặt nước thì bong bóng bị lòi ra ngoài và vỡ tung? 6. Tại sao khi bơm xe đạp, ta thấy thân bơm nóng lên? 7. Tại sao khi phích đựng nước sôi còn vơi, thì sau khi rót nước không nên đậy chặt nút ngay? 10 [...]... như trên nhưng nhiệt độ của khí lại không đổi, lúc đố hiệu ứng Joule – Thomson bằng không và khí ở điểm đảo *) Tài liệu học tập [1] Bùi Trọng Tuân (2005), Nhiệt học, NXB Đại học Sư phạm [2] Lương Duyên Bình (2009), Bài tập Vật lí đại cương, tập 1 - Cơ nhiệt, NXB Giáo dục [3] Phạm Quý Tư (1997), Nhiệt động lực học, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội 30 [4] Lê Văn (1978) , Vật lý phân tử và nhiệt học, NXB Giáo... Tuân (2005), Nhiệt học, NXB Đại học Sư phạm [2] Lương Duyên Bình (2009), Bài tập Vật lí đại cương, tập 1 - Cơ nhiệt, NXB Giáo dục [3] Lê Văn (1978) , Vật lý phân tử và nhiệt học, NXB Giáo dục Hà Nội *) Câu hỏi, bài tập, nội dung ôn tập và thảo luận A Câu hỏi ôn tập 1 Nội dung mẫu cơ học của chất khí lý tưởng ? 2 Thiết lập phương trình cơ bản của thuyết động học chất khí đơn nguyên tử? 3 Thành lập công... 0,04.10 -3    28   ≈ 343 K Vậy nhiệt độ của nitơ trong hai trường hợp này đã có sự khác nhau *) Tài liệu học tập [1] Bùi Trọng Tuân (2005), Nhiệt học, NXB Đại học Sư phạm [2] Lê Văn (1978) , Vật lý phân tử và nhiệt học, NXB Giáo dục Hà Nội [3] Lương Duyên Bình (2009), Bài tập Vật lí đại cương, tập 1 - Cơ nhiệt, NXB Giáo dục 22 *) Câu hỏi, bài tập, nội dung ôn tập và thảo luận A Câu hỏi ôn tập 1 Trình... Kích thước phân tử rất nhỏ ( khoảng 10-10cm ) so với khoảng cách giữa chúng Số phân tử trong một thể tích nhất định là rất lớn Trong nhiều trường hợp có thể bỏ qua kích thước của các phân tử và coi mỗi phân tử như một chất điểm d) Các phân tử không tương tác với nhau trừ lúc va chạm Sự va chạm giữa các phân tử và giữa phân tử với thành bình tuân theo những định luật về va chạm đàn hồi của cơ học Newton... tiến của phân tử khí - Vậy động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử khí tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối của khí, hay nói cách khác thì nhiệt độ tuyệt đối của khí được xác định qua động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử khí - Nhiệt độ là thước đo cường độ của chuyển động nhiệt của các phân tử khí 3.2 Định luật phân bố phân tử theo tốc độ Công thức Maxwell và các tốc... khí CO2 ở nhiệt độ 127oC, áp suất 15.103 N/m2 Tìm số phân tử N trong bình và số va chạm giữa các phân tử trong 1 giây Đường kính phân tử CO2 là d = 4.10-10m (coi như chỉ có sự va chạm tay đôi của các phân tử) 5 Trong bình kín chứa một lượng khí ô xi ở nhiệt độ 270C và áp suất 1atm Hãy tính: a) Tốc độ căn quân phương của phân tử khí đó? b) Khối lượng riêng của khí ô xi ở điều kiện nhiệt độ và áp suất... 6.3.4 Nhiệt giai nhiệt động lực - Các nhiệt giai xây dựng bằng thực nghiệm đều lệ thuộc vào bản chất các vật nhiệt kế - Năm 1948, Thomson đã chỉ ra rằng định lí Cacnô cho phép ta thiết lập một nhiệt giai nhiệt động lực không phụ thuộc vào vật nhiệt kế - Từ định lí Cacnô ta thấy hiệu suất của chu trình Cacnô thuận nghịch không phụ thuộc vào tác nhân mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn... một số điểm của mẫu cơ học khí lí tưởng Trước hết người ta đưa vào lực tương tác giữa các phân tử Giữa các phân tử có cả lực hút, tùy theo khoảng cách giữa các phân tử mà lực tương tác Hình 4.2: Lực và thế năng tương tác của giữa các phân tử là lực hút hay đẩy Khi ở xa thì các phân tử khí thực chúng hút nhau, khi tiến đến gần sát nhau thì lại đẩy nhau Ở trạng thái khí các phân tử ở xa nhau nên lực tương... cứu và trao đổi kiến thức của chương 3.1 Mẫu cơ học của khí lí tưởng đơn nguyên tử Phương trình cơ bản của thuyết động học khí lí tưởng đơn nguyên tử 3.1.1 Nội dung mẫu cơ học của khí lí tưởng a) Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng Cường độ chuyển động biểu hiện nhiệt độ của hệ b) Các chất có cấu tạo gián đoạn và gồm một số rất lớn các phân tử Các phân tử lại được cấu tạo từ các nguyên tử c)... của phân tử khí có trong 1 mol khí thực Tính b? Giả sử trong khí chỉ xảy ra các va chạm giữa 2 phân tử, ta thấy tâm của hình cầu không thể xâm nhập vào thể tích hình cầu bán kính d = 2r (r là bán kính hiệu dụng của phân tử khí thực) Thể tích hình cầu này bằng 8 lần thể tích riêng của một phân tử tính trung bình cho mỗi phân tử thì thể tích không xâm nhập vào được là 4 lần thể tích riêng của một phân tử . ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG VẬT LÍ PHÂN TỬ VÀ NHIỆT HỌC 1 CHƯƠNG 1 Cấu tạo phân tử của vật chất Số tiết: 3 (Lý thuyết 2 tiết; bài tập, thảo luận: 01) *) Mục tiêu: +). Tuân (2005), Nhiệt học, NXB Đại học Sư phạm. [2] Lê Văn (1978) , Vật lý phân tử và nhiệt học, NXB Giáo dục Hà Nội [3] Lương Duyên Bình (2009), Bài tập Vật lí đại cương, tập 1 - Cơ nhiệt, NXB Giáo. học tập [1] Bùi Trọng Tuân (2005), Nhiệt học, NXB Đại học Sư phạm. [2] Đàm Trung Đồn, Nguyễn Trọng Phú (1994), Vật lí phân tử và nhiệt học, NXB Giáo dục, Hà Nội [3] Lê Văn (1978) , Vật lý phân