Phân tích chương trình Vật lí phổ thông chất khí

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ -  Phân tích chương trình Vật lí phổ thông Đề tài: Phân tích kiến thức phần "Chất khí" Vật lý 10 GVHD: PGS.TS LÊ CÔNG TRIÊM Học viên: DƯƠNG THỊ HẰNG Lớp : LL &PPDH Vật Lí – Khóa 23 Huế, Năm 2015 -1- MỤC LỤC A MỞ ĐẦU Nhiệt học phần vật lí học nghiên cứu tượng nhiệt Những tượng nhiệt giải thích dựa vào cấu trúc phân tử vật chất phần vật lí học nghiên cứu cấu trúc phân tử gọi vật lý học phân tử Ngoài nhiệt học dùng phương pháp vĩ mô tìm quy luật cho trình biến đổi có trao đổi nhiệt công, nhiệt động lực học (nhiệt học) Phần nhiệt học chương trình vật lý phổ thông bao gồm vấn đề: + Chất khí + Cơ sở nhiệt động lực học + Chất rắn chất lỏng Sự chuyển thể Trong “Chất khí” nghiên cứu cấu trúc phân tử chất khí, ba định luật phương trình trạng thái chất khí Ngoài ra, chương đề cấp đến khái niệm khí -2- lý tưởng nhiệt độ tuyệt đối Từ đó, làm sở cho học sinh giải thích tượng thực tế sống tìm hiểu ứng dụng lĩnh vực kỹ thuật Nhằm giúp thân hiểu sâu nội dung kiến thức chương “Chất khí”, tiểu luận sâu nghiên cứu kiến thức chương “Chất khí” B NỘI DUNG I KIẾN THỨC CƠ BẢN Các khái niệm 1.1 Khái niệm đại lượng - Nhiệt độ 1.2 Khái niệm mô hình - Số Avôgadrô - Khí lí tưởng - Lực tương tác phân tử Thuyết vật lí - Thuyết động học phân tử chất khí Các định luật thực nghiệm chất khí -3- 3.1 Định luật Bôilơ-Mariốt 3.2 Định luật Sáclơ 3.3 Định Luật Gay - Luy-xác 3.4 Phương trình trạng thái khí lí tưởng phương trình Cla-pê-rôn - Menđê-lê-ép Phương pháp nhận thức 4.1 Phương pháp thực nghiệm 4.2 Phương pháp mô hình 4.3 Phương pháp đồ thị II NỘI DUNG KIẾN THỨC Các khái niệm 1.1 Khái niệm đại lượng Nhiệt độ Nhiệt độ đại lượng vật lý, đặc trưng cho tính chất vĩ mô vật (hay hệ vật), thể mức độ nhanh, chậm chuyển động hỗn loạn phân tử vật (hay hệ vật) Nhiệt độ liên quan đến lượng chuyển động nhiệt (động năng) phân tử Đối với khí lí tưởng, ta qui ước nhiệt độ θ= Wd ( xác định sau: ) Nếu phân tử chuyển động nhanh (hoặc chậm) động trung bình chuyển động tịnh tiến phân tử lớn (hoặc nhỏ) nhiệt độ vật cao (hoặc thấp) Nhiệt độ động trung bình chuyển động tịnh tiến phân tử đại lượng liên quan chặt chẽ tới mức độ nhanh hay chậm chuyển động hỗn loạn phân tử Tuy nhiên, thực tế ta dùng đơn vị lượng để đo nhiệt độ vì: ta đo trực tiếp lượng chuyển động nhiệt, lượng lại nhỏ Vì ta dùng đơn vị nhiệt độ độ (o) Tùy theo cách chia độ mà ta có nhiệt giai khác nhau: + Nhiệt giai Celsius (nhiệt giai bách phân): kí hiệu oC Trong nhiệt giai này, người ta chọn điểm tan nước đá điểm sôi nước (ở áp suất atm) 0oC 100oC Trong -4- khoảng này, chia làm 100 phần nhau, phần 1oC + Nhiệt giai Fahrenheit: kí hiệu 0F Trong nhiệt giai này, người ta chọn điểm tan nước đá điểm sôi nước (ở áp suất atm) 32oF 212oF Trong khoảng chia làm 180 phần nhau, phần 1oF Ta có hệ thức liên hệ nhiệt giai Celsius nhiệt giai Fahrenheit: + Nhiệt giai Kelvin (nhiệt giai Quốc tế): kí hiệu K (thay oK) định nghĩa từ biểu thức: đ hay p = nKT T nhiệt độ vật, đơn vị đo kelvin (K); k = 1,38.10 – 23 (J/K) số Boltzmann Ta có hệ thức liên lạc nhiệt giai Kelvin nhiệt giai bách phân là: T = toC + 273,15 Với định nghĩa trên, T = W đ = Điều chứng tỏ thực tế không đạt đến không độ kelvin, muốn vậy, phân tử khí phải đứng yên, không chuyển động nhiệt hỗn loạn - mâu thuẫn với thuyết động học phân tử Chính (K) gọi độ không tuyệt đối nhiệt giai Kelvin gọi nhiệt giai tuyệt đối 1.2 Khái niệm mô hình 1.2.1 Số Avôgadrô Lượng chất bảy đại lượng vật lí hệ thống đo lường quốc tế (SI) Lượng chất chứa vật xác định theo số phân tử hay nguyên tử chứa vật Lượng chất đo mol Mol chất lượng chất chứa 6,02.1023 hạt (nguyên tử, phân tử) chất Số Avôgađrô Số 6,02.1023 hạt chứa mol chất gọi số Avôgađrô kí hiệu : N A = 6,02.1023 mol –1 (đó số nguyên tử 12 gam cacbon, lấy làm chuẩn lượng chất) Điều có nghĩa tất chất khí điều kiện áp suất nhiệt độ chứa số phân tử hay nguyên tử, chúng có thể tích -5- Ý nghĩa: Việc tìm số Avôgađrô cho phép xác định khối lượng loại nguyên tử, phân tử Như nguyên tử, phân tử từ chỗ sản phẩm đơn trí tưởng tượng trở thành thực thể vật lý 1.2.2 Khí lí tưởng Để vận dụng thuyết động học phân tử vào việc nghiên cứu tính chất chất khí, trước hết cần phải tìm hiểu rõ cấu tạo phân tử chất khí Hơn cần tập trung vào đặc điểm chủ yếu cấu tạo phân tử chất khí, bỏ qua yếu tố thứ yếu không ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất chất khí Xuất phát từ quan niệm này, người ta xây dựng mẫu khí bao gồm đặc điểm chất khí gọi mẫu khí lí tưởng: + Khí lí tưởng gồm số lớn phân tử có kích thước nhỏ (so với khoảng cách trung bình phân tử), phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng + Lực tương tác phân tử trừ lúc va chạm đáng kể lại nhỏ bé, bỏ qua + Sự va chạm lẫn phân tử khí hay va chạm phân tử khí với thành bình tuân theo qui luật va chạm đàn hồi (nghĩa không hao hụt động phân tử) Trên thực tế khí lý tưởng Không khí chất khí nói chung điều kiện bình thường nhiệt độ áp suất coi gần khí lí tưởng.Tuy nhiên, phạm vi gần đúng, kết qủa rút khí lý tưởng áp dụng cho khí thực Áp suất khí khí lí tưởng Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng va vào thành bình vào bề mặt ∆S nằm khối khí, tạo nên áp suất Chuyển động phân tử nhanh, tức động lớn, đập vào bình với áp lực lớn, gây áp suất lớn Ngoài ra, mật độ phân tử khí lớn khả va chạm với thành bình cao, suy áp suất lớn Vậy áp suất khí có liên quan đến động phân tử khí mật độ khí 1.2.3 Lực tương tác phân tử Mọi vật cấu tạo từ phân tử, nguyên tử; phân tử, nguyên tử chuyển động không ngừng Các vật giữ hình dạng thể tích chúng phân tử cấu tạo nên vật đồng thời có lực hút lực đẩy Độ lớn lực phụ thuộc -6- vào khoảng cách phân tử Khi khoảng cách phân tử nhỏ lực đẩy mạnh lực hút, khoảng cách phân tử lớn lực hút mạnh lực đẩy Còn khoảng cách phân tử lớn nhiều lần kích thướt phân tử lực tương tác chúng coi không đáng kể Để hình dung tồn lực tương tác phân tử, cho học sinh tham khảo mô hình sau: Hai cầu hai đầu lò xo hai phân tử, coi liên kết hai phân tử lò xo Khi bị dãn lò xo có xu hướng co lại tổng hợp lực liên kết hai phân tử lực hút Khi bị nén lò xo có xu hướng dãn nên tổng hợp lực liên kết phân tử lực đẩy Thuyết vật lí Thuyết động học phân tử chất khí 2.1 Cơ sở thuyết 2.1.1 Cơ sở kinh nghiệm Thuyết động học phân tử (ban đầu thuyết cấu tạo chất) thuyết vật lí đời sớm Đó kết đấu tranh kéo dài nhiều kỉ quan niệm đối lập chất nhiệt kế thừa quan niệm cổ đại cấu tạo chất Theo quan niệm Demokritos vật chất cấu tạo cách gián đoạn từ hạt, trường phái khác cho vật chất cấu tạo cách liên tục từ số chất Giả thuyết cho nhiệt có chuyển động hạt vật chất đời trước giả thuyết “chất nhiệt” nhà bác học Hooke, Boyle, Newton, Lomonosov ủng hộ Bên cạnh đó, thành tựu nguyên tử luận hóa học góp phần quan trọng đến đời thuyết động học phân tử Cùng với đời số Avogadro cho phép xác định khối lượng nguyên tử Như vậy, nguyên tử từ chổ sản phẩm đơn trí tưởng tượng người trở thành thực thể vật lí Đó động lực quan trọng định đời thuyết động học phân tử -7- 2.1.2 Cơ sở thực nghiệm Các định luật thực nghiệm chất khí Boyle, Mariot, Gay-Lussac Charles có quan hệ trực tiếp đến đời thuyết động học phân tử Năm 1834 Clapeyron biểu diễn phương trình trạng thái chất khí thành công thức tổng quát pV = nRT Ngoài có sở thực nghiệm quan trọng khác phát chuyển động Brown, tượng khuếch tán Loschmidt 2.2 Các mô hình - Mô hình tĩnh học chất khí Boyle mô hình đưa Theo ông chất khí hạt vật chất hình cầu nhỏ tạo thành có tính chất đàn hồi cao su - Mô hình động học chất khí Bernouli đưa năm 1734 cho chất khí cấu tạo hạt vật chất chuyển động hỗn loạn không ngừng Mô hình ông giải thích thành công nguyên nhân gây áp suất giải thích định luật thực nghiệm Boyle-Mariotte Vậy dựa theo quan điểm thuyết, nhà khoa học xây dựng mô hình cấu trúc phân tử vật chất Phân tử coi cầu nhỏ, rắn, đàn hồi tuyệt đối 2.3 Nội dung thuyết Tư tưởng thuyết tư tưởng học Newton Theo Newton vật chất cấu tạo hạt nằm chân không giũa chúng có tương tác với Trong suốt ba kỉ XVII, XVIII, XIX, quan điểm giữ vai trò thống trị chi phối hình thành, phát triển thuyết động học phân tử Thuyết động học phân tử coi vận dụng tư tưởng học Newton vào giới vi mô Các quan điểm thuyết là: - Vật chất cấu tạo từ hạt nhỏ gọi phân tử - Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng - Các phân tử tương tác với lực hút lực đẩy - Chuyển động tương tác phân tử tuân theo định luật học Newton -8- Thuyết động học phân tử giải thích tượng nhiệt chất như: khuếch tán, truyền nhiệt, dẫn nhiệt, bay hơi, ngưng tụ, mà sở để nghiên cứu trình biến đổi trạng thái khí Thuyết động học phân tử chất khí Vật chất điều kiện bình thường tồn ba thể rắn, lỏng, khí Chất khí có đặc điểm giống với chất rắn chất lỏng, nhiên có đặc điểm khác biệt Vì dựa thuyết động học phân tử mô hình khí lí tưởng người ta đưa thuyết động học phân tử chất khí Nội dung thuyết sau: - Chất khí bao gồm phân tử Kích thước phân tử nhỏ Trong phần lớn trường hợp bỏ qua kích thước coi phân tử chất điểm - Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng Nhiệt độ cao vận tốc chuyển động hỗn loạn lớn Chuyển động hỗn loạn phân tử gọi chuyển động nhiệt - Do phân tử chuyển động hỗn loạn, thời điểm, hướng vận tốc phân tử phân bố (theo hướng nhau) không gian - Khi chuyển động, phân tử va chạm với phân tử khác với thành bình - Khi không va chạm, phân tử gần tự chuyển động thẳng - Khi phân tử va chạm với phân tử khác hai phân tử tương tác, làm thay đổi phương chuyển động vận tốc phân tử - Khi va chạm với thành bình, phân tử bị phản xạ truyền động lượng cho thành bình Rất nhiều phân tử va chạm với thành bình tạo nên lực đẩy vào thành bình Lực tạo nên áp suất lên thành bình 2.4 Hệ thuyết Sự phát triển thuyết đông học phân tử gắn liền với phát triển vật lí thống kê qua giai đoạn: - Giai đoạn 1: Phát triển thuyết động học phân tử phối hợp với nhiệt động lực học mang tính chất tượng luận vào cuối kỉ 19 đầu kỉ 20 liên quan đến công trình Clausius, Maxwell, Boltzmann -9- - Giai đoạn 2: Phát triển vật lý thống kê, dùng để giải thích giá trị đại lượng quan sát thí nghiệm Đây thời kì thành lập nhiệt động lực học thống kê liên quan tới công trình Gibbs, Bose Einstein - Giai đoạn 3: Xây dựng phát triển thống kê lượng tử liên quan tới công trình Einstein, Pauli, Fermi, Dirac Trong giai đoạn giai đoạn có quan hệ trực tiếp với thuyết động học phân tử hiểu theo nghĩa nguyên thủy Những hệ có từ thuyết động học phân tử nêu cách vắn tắt là: + Vạch rõ chất nhiệt: từ phương trình phương trình trạng thái pV=RT ta suy , phối hợp vói Trong n mật độ chất khí gọi số Boltzmann + Định luật phân bố phân tử theo vận tốc Maxwell + Định luật phân bố phân tử theo chiều cao Boltzmann + Bản chất nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học 2.5 Thiếu sót thuyết Hạt chế thuyết động học phân tử nằm tư tưởng thuyết: - Nguyên tử luận thuyết động học phân tử nguyên tử luận siêu hình Thuyết động học phân tử quan niệm phân tử hạt “cơ bản” cuối vật chất cấu trúc bên - Thiếu sót nghiêm trọng sử dụng định luật học cổ điển vào giới vi mô Các định luật thực nghiệm chất khí 3.1 Ba định luật thực nghiệm - 10 - 3.1.1 Định luật Boyle-Mariotte Từ năm 1659, Robert Boyle tiến hành nhiều thí nghiệm tính chất chất khí, qua ông phát nhiệt độ không đổi áp suất thể tích tỉ lệ nghịch với công bố mối lien hệ vào năm 1662 Độc lập với Robert Boyle có Edme Mariotte tìm thấy mối liên hệ tương tự vào năm 1676 Vì vậy, định luật có tên định luật Boyle-Mariotte Định luật: Trong trình đẳng nhiệt khối khí xác định, thể tích tỉ lệ nghịch với áp suất hay nói cách khác tích số thể tích áp suất khối khí số p: Biểu thức: V hay pV = const Đối với khối khí định, giá trị số (const) phụ thuộc vào nhiệt độ khối khí Đường biểu diễn biến thiên thể tích theo áp suất nhiệt độ không đổi gọi đường đẳng nhiệt.Trong hệ toạ độ pOV đường đường hybebol Ứng với nhiệt độ khác ta đường đẳng nhiệt khác Nhiệt độ cao đường đẳng nhiệt xa điểm gốc.Tập hợp đường đẳng nhiệt gọi họ đường đẳng nhiệt p T2 >T1 T2 T1 V Định luật Boyle-Mariotte định luật gần đúng, xác với đa số chất khí nhiệt độ gần với nhiệt độ phòng không chịu áp suất cao so với áp suất khí Để hiểu rõ chất vật lý định luật Boyle-Mariotte, ta giải thích định luật cách định tính theo thuyết động học phân tử Như ta biết, nguyên nhân áp suất chất khí va chạm phân tử khí lên thành bình đựng Độ lớn áp suất phụ thuộc vào hai yếu tố: - Số va chạm phân tử khí lên đơn vị diện tích thành bình Số va chạm phụ thuộc vào mật độ phân tử khí lên thành bình (với lượng khí xác định mật độ phụ thuộc vào thể tích), mật độ lớn (hoặc nhỏ) số va chạm lớn (hoặc - 11 - nhỏ) Ngoài số va chạm phụ thuộc vào vận tốc phân tử tức phụ thuộc vào nhiệt độ chất khí Nhiệt độ cao (hoặc thấp) phân tử chuyển động nhanh (hoặc chậm) số va chạm tăng lên (hoặc giảm đi) - Cường độ va chạm phân tử chất khí lên thành bình Cường độ va chạm phụ thuộc vào vận tốc phân tử, tức phụ thuộc vào nhiệt độ chất khí Nhiệt độ lớn phân tử chuyển động nhanh, chúng va chạm vào thành bình mạnh ngược lại Trong trường hợp định luật Boyle-Mariotte nhiệt độ chất khí giữ không đổi, cường độ va chạm phân tử khí lên thành bình không đổi Vậy đây, áp suất tăng có nghĩa số va chạm phân tử khí lên đơn vị diện tích thành bình phải tăng (tính khoảng thời gian xác định) Điều thực với tăng mật độ phân tử khí Với khối lượng khí xác định, số phân tử khí xác định, muốn tăng mật độ phân tử khí bắt buộc phải giảm thể tích V Giải thích tương tự p giảm V tăng 3.1.2 Định luật Sac-lơ Mối liên hệ p T Jacques Charles phát năm 1787 không công bố, Gay-Lussac phát biểu định luật vào năm 1802 Định luật: Trong trình đẳng tích khối khí, áp suất tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối Biểu thức: p = const T p1 p = Hay viết lại biểu thức định luật sau: T1 T2 Với (V1 = V2) p1 , T1 áp suất nhiệt độ tuyệt đối trạng thái p2 , T2 áp suất nhiệt độ tuyệt đối trạng thái Hai phương trình cách phát biểu định luật Saclơ theo nhiệt giai tuyệt đối Thực ra, ban đầu định luật Saclơ viết theo nhiệt giai bách phân định luật tìm quan sát thí nghiệm với nhiệt độ tính theo nhiệt giai bách phân Gọi p0 áp suất khối khí xác định nhiệt độ t = 00C (T0 = 273K) Khi biến đổi đẳng tích tới áp suất p nhiệt độ T, ta có hệ thức: - 12 - p p = T T0 suy p t = p0 ( 1+α p t ) p= hay Trong αp = p ( 273+t ) p0 T= T0 273 273 gọi hệ số nhiệt biến đổi áp suất khí Từ phương trình ta phát biểu định luật Saclơ sau: Khi thể tích không đổi áp suất khối lượng khí cho trước biến thiên bậc theo nhiệt độ (bách phân) Chú ý p0 áp suất khí 00C nhiệt độ nhiệt độ thang bách phân Đường biểu diễn biến thiên áp suất theo nhiệt độ thể tích không đổi gọi đường đẳng tích Ứng với thể tích khác ta có đường đẳng tích khác Đường ứng với thể tích nhỏ p V1 V1< V2 V2 T(k) 3.1.3 Định luật Gay-Lussac Định luật: Trong trình đẳng áp khối khí, thể tích tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối Biểu thức: Với V1 V2 V = = const T hay T1 T2 ( p1 = p2 ) V1 , T1 thể tích nhiệt độ tuyệt đối trạng thái V2 , T2 thể tích nhiệt độ tuyệt đối trạng thái Từ phương trình đẳng áp suy phương trình đẳng áp viết dạng quen thuộc biểu thị định luật Gay-Lussac αv = Vt =V0 ( 1+α V t ) 273 gọi hệ số nhiệt đẳng áp khí, V0 thể tích nhiệt độ 00C - 13 - Như vậy, phát biểu định luật Gay-Lussac sau: Khi áp suất không đổi thể tích khối khí cho trước biến thiên bậc theo nhiệt độ (bách phân) Đường biểu diễn biến thiên thể tích theo nhiệt độ áp suất không đổi gọi đường đẳng áp Ứng với áp suất khác ta có đường đẳng áp khác Đường ứng với áp suất nhỏ V P1 p1< p2 p2 T(k) Cũng giống định luật Boyle-Mariotte, định luật Saclơ định luật GayLussac định luật gần 3.2 Phương trình trạng thái khí lí tưởng phương trình Cla-pê-rôn - Menđê-lêép Phương trình Clapeyron-Mendeleev (hay có tên gọi khác phương trình trạng thái) nhà vật lý người Pháp Émile Clapeyron (1799-1864) đưa vào năm 1834, phương trình quan trọng hình thức tổng hợp ba định luật tiếng chất khí: định luật Boyle-Mariotte, định luật Charles định luật Gay-Lussac Qua phương trình này, Clapeyron giúp thấy rằng: ba định luật nói độc lập với mà ngược lại chúng có quan hệ mật thiết với - đinh luật hệ hai định luật Để thiết lập phương trình ta chuyển lượng khí từ trạng thái (p 1, V1,T1) sang trạng thái (p2,V2,T2) qua trạng thái trung gian 2’(p’2,V2,T1) p1 v1 T1 Đẳng nhiệt p’2 V2 T1 Đẳng tích - 14 - p2 V2 T2 Áp dụng định luật Boyle-Mariotte cho trình đẳng nhiệt chuyển từ trạng thái sang trạng thái 2’, ta có: p1V1=p’2V2 (1) Áp dụng định luật Saclơ cho trình đẳng tích chuyển từ trạng thái 2’ sang trạng thái ta có: p'2 T = p1 T2 Từ (1) (2) ta suy : (2) p1V1 pV = 2 T1 T2 Việc chọn trạng thái trạng thái bất kì, viết : pV = const T ( phương trình trạng thái khí lí tưởng) pV = const Từ phương trình trạng thái T hai lượng khí khác số vế phải khác Để khảo sát định lượng khác ta tính số vế phải Từ ta có phương trình Cla-pê-rôn - Men-đê-lê-ép tương đương với phương trình trạng thái Tuy nhiên phương trình Cla-pê-rôn - Men-đê-lê-ép chứa đựng lượng thông tin nhiều phương trình trạng thái Nếu biết hai ba thông số p,V,T dựa vào phương trình Cla-pê-rôn - Men-đê-lê-ép ta suy thông số Hoặc tính số mol lượng khí ta dựa vào phương trình Cla-pê-rôn - Men-đê-lê-ép : 3.3 Hạn chế Khi nghiên cứu định luật đây, Boyle-Mariotte GayLussac nghiên cứu chất khí nhiệt độ áp suất thông thường phòng thí nghiệm Vì định luật điều kiện chất khí có nhiệt độ không thấp áp suất không lớn Phương trình trạng thái gần cho khí thực Nó xác khí thực nằm trạng thái gần với khí lý tưởng, cho khí đơn nguyên tử, nhiệt độ cao áp suất thấp Phương trình bỏ qua kích thước hạt chất khí so với toàn thể tích khí, bỏ qua tương tác hạt, tương tác va chạm đàn hồi - 15 - khoảng cách vô nhỏ chúng Với khí thực phương trình trạng thái khác phương trình Van der Waals có tính đến hiệu ứng kể xác Phương pháp nhận thức 4.1 Phương pháp thực nghiệm Trong phần nhiệt học, để đến định luật: định luật Bôilơ-Mariốt, định luật Sáclơ, định luật Gay-Luyxác xuất phát từ thí nghiệm, từ quan sát ban đầu, nhà khoa học tiến hành thí nghiệm nhiều trường hợp khác từ khái quát lên thành định luật Cụ thể: + Từ thí nghiệm đến phát biểu nội dung định luật Bôilơ - Mariốt: Trong trình đẳng nhiệt lượng khí định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích + Dùng thí nghiệm xác định mối liên hệ áp suất nhiệt độ tuyệt đối trình đẳng tích Tương tự định luật Sác-lơ thiết lập Sự đời công trình nghiên cứu Bôilơ, Mariốt, Sáclơ, Gay-Luy-xác với phát chuyển động Brown tượng khuếch tán Loschmidt đóng vai rò quan trọng cho việc đời thuyết động học phân tử sở thực nghiệm 4.2 Phương pháp mô hình Sử dụng phương pháp để đưa hai khái niệm mô hình quan trọng: khí lý tưởng, số Avôgađêrô Để làm cho học sinh dễ tiếp thu kiến thứ thức lực tương tác phân tử , SGK sử dụng mô hình tương tác hai cầu gắn hai đầu lò xo, từ học sinh hình dung lực đẩy lực hút phân tử chất khí 4.3 Phương pháp đồ thị Các trình đẳng tích, đẳng nhiệt, đẳng áp biểu diễn qua hệ tọa độ (V,T), (p,T) Áp dụng hai định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ôt định luật Sác- lơ, sử dụng đồ thị để đưa phương trình trạng thái khí lý tưởng - 16 - C KẾT LUẬN Như việc phát định luật thực nghiệm chất khí việc dùng quan điểm nguyên tử, phân tử để giải thích thành công định luật đóng góp lớn vào đời phát triển thuyết động học phân tử Tuy nhiên phải chờ tới nhà bác học người Anh Brown quan sát thất chuyển động hỗn loạn không ngừng hạt phấn hoa qua kính hiển vi, phản ánh gián tiếp chuyển động hỗn loạn không ngừng phân tử thuyết động học phân tử bắt đầu coi thuyết khoa học Phần “cơ sở Nhiệt động lực học” cung cấp kiến thức phổ thông bao gồm khái niệm vật, tượng trình vật lý thường gặp đời sống sản xuất thuộc lĩnh vực nhiệt động lực học, nguyên lý trình bày phù hợp với lực toán học lực suy luận logic HS, nguyên tắc ứng dụng quan trọng vật lý đời sống Các kiến thức phân bố vào bài, mục cụ thể chúng có quan hệ với thể thống nội dung bài, chương - 17 - D TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Công Triêm, Phân tích chương trình Vật lí phổ thông Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên) (2006), Vật lí 10 (sách giáo khoa), Nhà xuất giáo dục Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên) (2006), Vật lí 10 (sách giáo viên), Nhà xuất giáo dục Lương Duyên Bình (chủ biên) (1995), Vật lý đại cương (tập 1), Nhà xuất Giáo dục Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên) (2006), Vật lí 10 nâng cao (sách giáo khoa), Nhà xuất giáo dục Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên) (2006), Vật lí 10 nâng cao (sách giáo viên), Nhà xuất giáo dục DAVID HALLIDAY - ROBERT RESNICK -JEARL WALKER, 2000, Cơ sở Vật lí (tập - Nhiệt học), Nhà xuất giáo dục - 18 - [...]... một thể thống nhất về nội dung của bài, của chương - 17 - D TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Lê Công Triêm, Phân tích chương trình Vật lí phổ thông 2 Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên) (2006), Vật lí 10 (sách giáo khoa), Nhà xuất bản giáo dục 3 Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên) (2006), Vật lí 10 (sách giáo viên), Nhà xuất bản giáo dục 4 Lương Duyên Bình (chủ biên) (1995), Vật lý đại cương (tập 1), Nhà xuất bản Giáo... Boyle-Mariotte nhiệt độ chất khí được giữ không đổi, do đó cường độ va chạm của phân tử khí lên thành bình không đổi Vậy ở đây, khi áp suất tăng có nghĩa là số va chạm của các phân tử khí lên mỗi đơn vị diện tích của thành bình phải tăng (tính trong một khoảng thời gian xác định) Điều này chỉ thực hiện được với sự tăng mật độ phân tử khí Với một khối lượng khí xác định, số phân tử khí trong đó là xác định,... cho các khí thực Nó sẽ chính xác hơn nếu khí thực nằm trong trạng thái gần với khí lý tưởng, như cho các khí đơn nguyên tử, ở nhiệt độ cao và áp suất thấp Phương trình này bỏ qua kích thước của các hạt trong chất khí so với toàn bộ thể tích của khí, cũng như bỏ qua tương tác giữa các hạt, ngoài tương tác va chạm đàn hồi tại - 15 - khoảng cách vô cùng nhỏ giữa chúng Với khí thực các phương trình trạng... suất của khí Từ phương trình trên ta có thể phát biểu định luật Saclơ như sau: Khi thể tích không đổi thì áp suất của một khối lượng khí cho trước biến thiên bậc nhất theo nhiệt độ (bách phân) Chú ý rằng p0 là áp suất khí ở 00C và nhiệt độ ở đây là nhiệt độ của thang bách phân Đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo nhiệt độ khi thể tích không đổi gọi là đường đẳng tích Ứng với các thể tích khác... những định luật gần đúng 3.2 Phương trình trạng thái của khí lí tưởng và phương trình Cla-pê-rôn - Menđê-lêép Phương trình Clapeyron-Mendeleev (hay còn có tên gọi khác là phương trình trạng thái) được nhà vật lý người Pháp Émile Clapeyron (1799-1864) đưa ra vào năm 1834, đây là phương trình rất quan trọng bởi nó là hình thức tổng hợp của ba định luật nổi tiếng về chất khí: định luật Boyle-Mariotte, định... - Số va chạm của các phân tử khí lên mỗi đơn vị diện tích của thành bình Số va chạm này phụ thuộc vào mật độ phân tử khí lên thành bình (với một lượng khí xác định mật độ này phụ thuộc vào thể tích) , mật độ càng lớn (hoặc càng nhỏ) thì số va chạm càng lớn (hoặc càng - 11 - nhỏ) Ngoài ra thì số va chạm này còn phụ thuộc vào vận tốc các phân tử tức là phụ thuộc vào nhiệt độ chất khí Nhiệt độ càng cao... luật gần đúng, nó chỉ khá chính xác với đa số chất khí ở nhiệt độ gần với nhiệt độ phòng và không chịu áp suất quá cao so với áp suất khí quyển Để hiểu rõ bản chất vật lý của định luật Boyle-Mariotte, ta sẽ giải thích định luật này một cách định tính theo thuyết động học phân tử Như ta đã biết, nguyên nhân của áp suất chất khí là do sự va chạm của phân tử khí lên thành bình đựng nó Độ lớn của áp suất... ra thông số kia Hoặc nếu tính số mol của lượng khí đó ta cũng có thể dựa vào phương trình Cla-pê-rôn - Men-đê-lê-ép : 3.3 Hạn chế Khi nghiên cứu các định luật trên đây, Boyle-Mariotte và GayLussac đã nghiên cứu các chất khí ở nhiệt độ và áp suất thông thường của phòng thí nghiệm Vì vậy các định luật này chỉ đúng trong điều kiện chất khí có nhiệt độ không quá thấp và áp suất không quá lớn Phương trình. .. các đường đẳng tích khác nhau Đường ở trên ứng với thể tích nhỏ hơn p V1 V1< V2 V2 0 T(k) 3.1.3 Định luật Gay-Lussac Định luật: Trong quá trình đẳng áp của một khối khí, thể tích tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối Biểu thức: Với V1 V2 V = = const T hay T1 T2 ( p1 = p2 ) V1 , T1 là thể tích và nhiệt độ tuyệt đối ở trạng thái 1 V2 , T2 là thể tích và nhiệt độ tuyệt đối ở trạng thái 2 Từ phương trình đẳng áp... nhiệt độ chất khí Nhiệt độ càng cao (hoặc càng thấp) thì các phân tử chuyển động càng nhanh (hoặc càng chậm) do đó số va chạm này càng tăng lên (hoặc càng giảm đi) - Cường độ va chạm của các phân tử chất khí lên thành bình Cường độ va chạm này phụ thuộc vào vận tốc các phân tử, tức là phụ thuộc vào nhiệt độ chất khí Nhiệt độ càng lớn các phân tử chuyển động càng nhanh, do đó chúng va chạm vào thành ... học chất khí Boyle mô hình đưa Theo ông chất khí hạt vật chất hình cầu nhỏ tạo thành có tính chất đàn hồi cao su - Mô hình động học chất khí Bernouli đưa năm 1734 cho chất khí cấu tạo hạt vật chất. .. phân tử chất khí, bỏ qua yếu tố thứ yếu không ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất chất khí Xuất phát từ quan niệm này, người ta xây dựng mẫu khí bao gồm đặc điểm chất khí gọi mẫu khí lí tưởng: + Khí. .. sở để nghiên cứu trình biến đổi trạng thái khí Thuyết động học phân tử chất khí Vật chất điều kiện bình thường tồn ba thể rắn, lỏng, khí Chất khí có đặc điểm giống với chất rắn chất lỏng, nhiên