Bài 28 : CẤU TẠO CHẤT. THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ

PHẦN HAI : NHIỆT HỌC Chương V CHẤT KHÍ Bài 28 : CẤU TẠO CHẤT THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ I Cấu tạo chất Những điều học cấu tạo chất + Các chất cấu tạo từ hạt riêng biệt phân tử + Các phân tử chuyển động không ngừng + Các phân tử chuyển động nhanh nhiệt độ vật cao Lực tương tác phân tử + Giữa phân tử cấu tạo nên vật có lực hút lực đẩy + Khi khoảng cách phân tử nhỏ lực đẩy mạnh lực hút, khoảng cách phân tử lớn lực hút mạnh lực đẩy Khi khoảng cách phân tử lớn lực tương tác khơng đáng kể Các thể rắn, lỏng, khí Vật chất tồn thể khí, thể lỏng thể rắn + Ở thể khí, lực tương tác phân tử yếu nên phân tử chuyển động hoàn toàn hỗn loạn Chất khí khơng có hình dạng thể tích riêng + Ở thể rắn, lực tương tác phân tử mạnh nên giữ phân tử vị trí cân xác định, làm cho chúng dao động xung quanh vị trí Các vật rắn tích hình dạng riêng xác định + Ở thể lỏng, lực tương tác phân tử lớn thể khí nhỏ thể rắn, nên phân tử dao đơng xung quang vị trí cân di chuyển Chất lỏng tích riêng xác định khơng có hình dạng riêng mà có hình dạng phần bình chứa II Thuyết động học phân tử chất khí Nội dung thuyết động học phân tử chất khí + Chất khí cấu tạo từ phân tử có kích thước nhỏ so với khoảng cách chúng + Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn khơng ngừng ; chuyển động nhanh nhiệt độ chất khí cao + Khi chuyển động hỗn loạn phân tử khí va chạm vào va chạm vào thành bình gây áp suất lên thành bình Khí lí tưởng Chất khí phân tử coi chất điểm tương tác va chạm gọi khí lí tưởng Bài 29 : Q TRÌNH ĐẲNG NHIỆT ĐỊNH LUẬT BƠI-LƠ-MA-RI-ƠT I Trạng thái trình biến đổi trạng thái Trạng thái lượng khí xác định thơng số trạng thái là: thể tích V, áp suất p nhiệt độ tuyệt đối T Lượng khí chuyển từ trạng thái sang trạng thái khác trình biến đổi trạng thái Những trình có hai thơng số biến đổi thơng số khơng đổi gọi đẳng q trình II Quá trình đẳng nhiệt Quá trình đẳng nhiệt q trình biến đổi trạng thái nhiệt độ khơng đổi III Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ôt Định luật Bơi-lơ – Ma-ri-ơt Trong q trình đẳng nhiệt khối lượng khí xác định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích p  V hay pV = số Hoặc: p1V1 = p2V2 = … IV Đường đẳng nhiệt Đường biểu diễn biến thiên áp suất theo thể tích nhiệt độ khơng đổi gọi đường đẳng nhiệt Dạng đường đẳng nhiệt : Trong hệ toạ độ p, V đường đẳng nhiệt đường hypebol Các dạng tập có hướng dẫn Q trình đẳng nhiệt q trình nhiệt độ giữ không đổi Nội dung định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ốt: Trong trình đẳng nhiệt lượng khí định, áp suất tỉ lệ p V  p V 2 nghịch với thể tích 1 Trong áp suất đơn vị ( Pa), thể tích đơn vị ( lít) -1atm = 1,013.105Pa, 1mmHg = 133,32 Pa, Bar = 105Pa -1m3 = 1000lít, 1cm3 = 0,001 lí, 1dm3 = lít - Cơng thức tính khối lượng riêng: m =  V  khối lượng riêng (kg/m3) Bài 1: Dưới áp suất 105Pa lượng khí tích 10 lít Tính thể tích khí áp suất 3.10 5Pa Hướng dẫn giải: p1V1  p2V2 � V2  3,3 lít Bài 2: Một bình tích 10 lít chứa chất khí áp suất 30at Cho biết thể tích chất khí ta mở nút bình? Coi nhiệt độ khí khơng đổi áp suất khí 1at Hướng dẫn giải: 1at = 1,013.105 Pa p1V1  p2V2 � V2  300 lít Bài 3: Một lượng khí nhiệt độ 180C tích 1m3 áp suất 1atm Người ta nén đẳng nhiệt khí tới áp suất 3,5atm Tính thể tích khí nén Hướng dẫn giải: p1V1  p2V2 � V2  0, 286 m3 Bài 4: Khí nén đẳng nhiệt từ thể tích lít đến lít Áp suất khí tăng thêm 0,75at Áp suất khí ban đầu bao nhiêu? Hướng dẫn giải: p1V1  p2V2 � p1  ( p1  0, 75).4  1,5at Bài 5: Dưới áp suất 1,5bar lượng khí có V1 = 10 lít Tính thể tích khí áp suất 2atm Hướng dẫn giải: p1V1  p2V2 � V2  7, lít Bài 6: Một lượng khí có v1 = lít, p1 = 3.105Pa Hỏi nén V2 = 2/3 V1 áp suất là? Hướng dẫn giải: p1V1  p2V2 � p2  p1  4,5.105 Pa Bài 7: Nén khối khí đẳng nhiệt từ thể tích 24 lít đến 16 lít thấy áp suất khí tăng thêm lượng p = 30kPa Hỏi áp suất ban đầu khí là? Hướng dẫn giải: ( p1  30.103 ).16 p1V1  p2V2 � p1   60 KPa 24 Bài 8: Một khối khí nén đẳng nhiệt từ thể tích 16 lít, áp suất từ 1atm tới 4atm Tìm thể tích khí bị nén Hướng dẫn giải: V2  p1V1 pV � V  V1  V2  V1  1  12 p2 p2 lít Bài 9: Tính khối lượng khí oxi đựng bình thể tích 10 lít áp suất 150atm t = 0C Biết đkc khối lượng riêng oxi 1,43kg/m3 Hướng dẫn giải: 0 Ở ĐKC có p0 = 1atm � m = V0 Ở O0C , áp suất 150m � m = V  Khối lượng không đổi:  � V0 0 =V. �  �V   V0  p.0  214,5kg / m3 p0 Mà V0 = V  � m = V  = 2,145 kg Bài 10: Nếu áp suất lượng khí tăng thêm 2.105Pa thể tích giảm lít Nếu áp suất tăng thêm 5.105Pa thể tích giảm lít Tìm áp suất thể tích ban đầu khí, biết nhiệt độ khí khơng đổi Hướng dẫn giải: p1V1  p2V2 � p1V1  ( p1  2.105 )(V1  3) p1V1  p ' 2V ' � p1V1  ( p1  5.105 )(V1  5) Từ pt � p1 = 4.105 Pa ; V1 = lít Bài 30 : Q TRÌNH ĐẲNG TÍCH ĐỊNH LUẬT SÁC-LƠ I Q trình đẳng tích Q trình đẵng tích q trình biến đổi trạng thái thể tích khơng đổi II Định luật Sác –lơ Trong q trình đẳng tích lượng khí định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối p1 p p T T p ~ T = số hay = = … III Đường đẳng tích Đường biểu diễn biến thiên áp suất theo nhiệt độ thể tích khơng đổi gọi đường đẳng tích Dạng đường đẳng tích : Trong hệ toạ độ OpT đường đẳng tích đường thẳng kéo dài qua gốc toạ độ Quá trình đẳng tích q trình thể tích giữ không đổi Nội dung định luật Sác-lơ: Trong trình đẳng tích lượng khí định, áp suất tỉ lệ thuận với p1 p2  T T2 nhiệt độ tuyệt đối Trong áp suất đơn vị ( Pa), thể tích đơn vị ( lít) 1atm = 1,013.105Pa, 1mmHg =133,32 Pa, Bar = 105Pa T = 273 + t (0C) Các dạng tập có hướng dẫn Bài 1: Một bình thép chứa khí 270C áp suất 6,3.10-5Pa làm lạnh bình tới nhiệt độ - 730C áp suất khí bình bao nhiêu? Hướng dẫn giải: p1 p2 T p  � p2   4, 2.105 Pa T1 T2 T1 Bài 2: Một bình nạp khí 330C áp suất 300 Pa Sau bình chuyển đến nơi có nhiệt độ 370C Tính độ tăng áp suất khí bình Hướng dẫn giải: p1 p2 T p  � p2   303,9 Pa T1 T2 T1 � p  p2  p1  3,9 Pa Bài 3: Một bình thép chứa khí 70C áp suất atm Nhiệt độ khí bình áp suất khí tăng thêm 0,5atm Hướng dẫn giải: p1 p2 T p  � T2   315 K T1 T2 p1 Bài 4: Van an toàn nồi áp suất mở áp suất nồi 9atm Ở 20 0C, nồi có áp suất 1,5atm Hỏi nhiệt độ van an toàn mở Hướng dẫn giải: p1 p2 T p  � T2   1758 K T1 T2 p1 Bài 5: Khí bình kín có nhiệt độ bít áp suất tăng lần nhiệt độ bình tăng thêm 313K, thể tích khơng đổi Hướng dẫn giải: p1 p2 T p (T  313) p1  � T1    313K � t  400 C T1 T2 p2 p1 Bài 6: Biết áp suất khí trơ bóng đèn tăng 1,5 lần đèn cháy sáng so với tắt Biết nhiệt độ đèn tắt 270C Hỏi nhiệt độ đèn cháy sáng bình thường bao nhiêu? Hướng dẫn giải: Đèn kín � q trình đẳng tích Tt  Ts pt  1,5Ts  450 K � tt  177 C ps Bài 7: Nén khí đẳng nhiệt từ thể tích 15 lít đến 11,5 lít áp suất tăng thêm lượng 3,5kPa Hỏi áp suất ban đầu khí bao nhiêu? Hướng dẫn giải: p1V1  p2V2 � p1  ( p1  p).V2  11500 Pa V1 Bài 8: Khi đun nóng khí bình kín thêm 200C áp suất khí tăng thêm 1/20 áp suất ban đầu Tìm nhiệt độ ban đầu khí Hướng dẫn giải: p1 p2 T p (T  20) p1 T1  20  � T1     400 K 1 T1 T2 p2 ( p1  p1 )  20 20 Bài 9: Đun nóng đẳng tích lượng khí lên 250C áp suất tăng thêm 12,5% so với áp suất ban đầu Tìm nhiệt độ ban đầu khối khí Hướng dẫn giải: p1 p2 T p (T1  25) p1 T  25  � T1     200 K T1 T2 p2 ( p1  0,125 p1 ) 1,125 Bài 31 : PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG I Khí thực khí lí tưởng Các chất khí thực tuân theo gần định luật Bôilơ – Mariơt định luật Sáclơ Giá trị tích p pV thương T thay đổi theo chất, nhiệt độ áp suất chất khí Chỉ có khí lí tưởng tuân theo định luật chất khí học II Phương trình trạng thái khí lí tưởng Xét lượng khí chuyển từ trạng thái (p 1, V1, T1) sang trạng thái (p 2, V2, T2) qua trạng thái trung gian (1’) (p’, V2, T1) : - Từ TT.1  TT 1’ : q trình đẳng nhiệt - Ta có p1V1=p’V2 => p’= - Từ TT.1’ TT.2 : trình đẳng tích: Ta có (2) Thế (1) vào (2) ta => số (3) (3) gọi phương trình trạng thái khí lý tưởng III Q trình đẳng áp Quá trình đẳng áp Quá trình đẳng áp trình biến đổi trạng thái áp suất khơng đổi Liên hệ thể tích nhiệt độ tuyệt đối trình đẳng áp Trong trình đẳng áp lượng khí định, thể tích tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối V~hằng số hay Đường đẳng áp Đường biểu diễn biến thiên thể tích theo nhiệt độ áp suất khơng đổi gọi đường đẳng áp Dạng đường đẳng áp : Trong hệ toạ độ OVT đường đẳng tích đường thẳng kéo dài qua gốc toạ độ IV Độ khơng tuyệt đối Từ đường đẳng tích đẳng áp hệ trục toạ độ OpT OVT ta thấy T = 0K p = V = Hơn nhiệt độ 0K áp suất thể tích só giá trị âm Đó điều khơng thể thực Do đó, Ken-vin đưa nhiệt giai bắt đầu nhiệt độ K K gọi độ không tuyệt đối Nhiệt độ thấp mà người thực phòng thí nghiệm 10 -9 K Các dạng tập có hướng dẫn Bài 1: Một bóng tích lít, chứa khí 270C có áp suất 1at Người ta nung nóng bóng đến nhiệt độ 570C đồng thời giảm thể tích lít Áp suất lúc sau bao nhiêu? Hướng dẫn giải: p2  T2 p1.V1  2, at T1.V2 Bài 2: Một lượng khí H2 đựng bình có V1 = lít áp suất 1,5at, t1 = 270C Đun nóng khí đến t2 = 1270C bình hở nên nửa lượng khí ngồi Tính áp suất khí bình Hướng dẫn giải: p2  T2 p1.V1  4at T1.V2 Bài 3: Ở 270C thể tích lượng khí lít Thể tích lượng khí nhiệt độ 227 0C áp suất không đổi bao nhiêu? Hướng dẫn giải: V1 V2 T V  � V2   10 T1 T2 T1 lít Bài 4: Một lượng khí đựng xilanh có pittơng chuyển động Các thơng số lượng khí: 1,5atm, 13,5 lít, 300K Khi pit tông bị nén, áp suất tăng lên 3,7atm, thể tích giảm 10 lít Xác định nhiệt độ nén Hướng dẫn giải: T2  p2 V2 T1  548,1K  275,10 C p1.V1 Bài 5: Trong xilanh động đốt có 2dm3 hỗn hợp khí áp suất 1atm nhiệt độ 470C Pit tông nén xuống làm cho thể tích hỗn hợp khí 0,2 dm áp suất tăng lên 15atm Tính nhiệt độ hỗn hợp khí nén Hướng dẫn giải: T2  p2 V2 T1  480 K p1.V1 Bài 6: Người ta bơm khí ơxi điều kiện chuẩn vào bình tích 5000 lít Sau nửa bình chứa đầy khí nhiệt độ 240C áp suất 765mmHg Xác định khối lượng khí bơm vào sau giây Coi trình bơm diễn cách đặn Hướng dẫn giải: Ở đk chuẩn p1 = 760mmHg, 1  1, 29kg / m3 m m ;V2  1 2 T p V  T p V2  1 �   1 T1 p2 T2 p1  T p � m  V2 1 T2 p1 khối lượng khí bơm vào bình sau nửa � Khối lượng bơm vào sau giây: m’ = m /1800 = 3,3.10-3Kg/s V1  Bài 7: Nén 10 lít khí nhiệt độ 270C thể tích lít, nén nhanh khí bị nóng lên đến 600C Hỏi áp suất khí tăng lên lần? Hướng dẫn giải: p1V1 p2V2 p TV  �   2, 78 T1 T2 p1 V2 T1 lần Bài 8: Một bóng tích 200 lít nhiệt độ 280C mặt đất Bóng thả bay lên đến độ cao mà áp suất khí 0,55 lần áp suất khí mặt đất có nhiệt độ 0C Tính thể tích bóng độ cao ( bỏ qua áp suất phụ gây vỏ bóng) Hướng dẫn giải: V2  T2 p1V1  340, T1 p2 lít Bài 9: Tính khối lượng riêng KK 800C áp suất 2,5.105Pa Biết khối lượng riêng KK 00C 1,29kg/m3, áp suất 1,01.105Pa Hướng dẫn giải: V2  T2 p1V1 m T2 p1m �  �   2,5kg / m3 T1 p2  1.T1 p2 BÀI TẬP CHƯƠNG V Các định luật chất khí – Phương trình trạng thái khí lý tưởng 138- Một xy-lanh chứa 150cm3 khí áp suất 2.105Pa Pít tơng nén khí xy-lanh xuống 100cm Tính áp suất khí xy-lanh lúc này, coi nhiệt độ khí khơng đổi ĐS: 3.105Pa 139- Một lượng khí tích m áp suất atm Người ta nén đẳng nhiệt khí đến áp suất 2.5atm Tính thể tích khí nén ĐS: 0.4 m3 140- Người ta chứa khí hydro bình lớn áp suất atm Tính thể tích khí phải lấy từ bình lớn để nạp vào bình nhỏ tích 20 lít áp suất 25 atm Coi nhiệt độ khí nạp vào từ bình lớn sang bình nhỏ khơng đổi ĐS: 500 lít 141- Tính khối lượng khí Oxy đựng bình thể tích 10 lít áp suất 150 atm nhiệt độ oC Biết điều kiện chuẩn khối lượng riêng Oxy 1.43kg/m ĐS: 2.145kg 142- 12g khí chứa b2inh kín tích 12 lít áp suất atm Người ta nén khí bình điều kiện nhiệt độ khơng đổi đến khối lượng riêng khí bình D=3g/l Tìm áp suất khí bình ĐS: atm 143- Bơm khơng khí áp suất atm vào bóng cao su, lần nén pít- tơng đẩy 125cm Nếu nén 40 lần áp suất khí bóng bao nhiêu? Biết dung tích bóng lúc 2,5 lít Cho trước bơm bóng khơng có khơng khí bơm nhiệt độ khí khơng đổi ĐS: atm 144- Ở ống thủy tinh nằm ngang , tiết diện nhỏ, chiều dài L=100 cm, hai đầu bịt kín có cột thủy ngân dài h= 20cm, ống có khơng khí Khi đặt ống thẳng đứng cột thủy ngân chuyển xuống đoạn l=10cm Tìm áp suất khơng khí ống ống nằm ngang Coi nhiệt độ khơng khí ống không đổi khối lượng riêng thủy ngân D=1,36.104 kg/m3 ĐS: 5.104 Pa 145- Một bình khí chứa khí Oxy nhiệt độ 20 0C áp suất 105 Pa Nếu đem phơi nắng nhiệt độ 40 oC áp suất bình ? ĐS: 1,068.105 Pa 146- Một ruột xe máy bơm căng khơng khí nhiệt độ 20 oC áp suất atm Hỏi ruột có bị nổ khơng, để ngoa2ina81ng nhiệt độ 40oC? Coi thể tích ruột không đổi biết ruột chịu áp suấ tối đa 2,5 atm ĐS: 2,15 atm, ruột khơng bị nổ 147- Một bình thủy tinh kín chịu nhiệt chứa khơng khí điều kiện chuẩn Nung nóng bình lên với nhiệt độ 273oC áp suất khơng khí bình bao nhiêu? ĐS: atm 148- Một bóng đèn dây tóc chứa khí trơ 27oC áp suất 0,6 atm Khi đèn cháy sáng áp suất đèn atm khơng làm vỡ bóng đèn Tính nhiệt khí đèn đèn cháy sáng ĐS: 227oC 149- Một bánh xe bơm vào lúc sáng sơm nhiệt độ xung quang oC Hởi áp suất khí ruột bánh xe tăng thêm phần trăm vào trưa nhiệt độ lên đến 35 oC ĐS: 10% 150- Một bình chứa lượng khí nhiệt độ 30oC áp suất 2.105 Pa Hỏi phải tăng nhiệt độ lên đến độ để áp suất khí bình tăng lên gấp đơi? ĐS: 333oC 151- Ở nhiệt độ 273oC thể tích lượng khí 10 lít Tính thể tích lượng khí 546 oC áp suất không đổi? ĐS: 15 lít 152- 12g khí chiếm thể tích lít 7oC Sau đun nóng đẳng áp, khối lượng riêng khí 1,2g/l Tìm nhiệt độ khí sau nung ? ĐS: 427oC 153- Chất khí xy-lanh động nhiệt có đẳng áp atm nhiệt độ 127 oC a) Khi thể tích khơng đổi, nhiệt độ giảm 27oC áp suất xy-lanh ? b) Khi nhiệt độ xy-lanh không đổi, muốn tăng áp suất lên atm thể tích xy-lanh phải thay đổi ? c.Nếu nén thể tích khí giảm hai lần áp suất tăng lên 3atm nhiệt độ lúc Đs: a 1.5atm b.giảm lần c/ 270c 154 Trong xy lanh động đốt tích 40dm có hỗn hợp khí có áp xuất 1atm nhiệt độ 47oC Khi pít tơng nén hỗn hợp khí đến thể tích 5dcm có áp xuất 15atm hỗn hợp khí Trong xy lanh bao nhiêu? ĐS: 3270C 155 Một bình cầu có dung tích 20 lít chứa ô xy 16 0C áp suất 100atm Tính thể tích xy điều kiện tiêu chuẩn Đs 1889 lít 156 Pít tơng máy nén khí sau nén đưa lít khí nhiệt độ 27 0C ,áp suất atm vào bình chứa dm3 dcm3.Tính nhiệt độ khơng khí bình pít tơng thực 1000 lần nén Biết áp suất khí bình sau nén 2.1 atm Đs: 420C 157 Áp suất khí xy lanh động vào cuối kỳ nén ? Biết trình nén , nhiệt độ tăng lên từ 500 lên đến 2500 , thể tích giảm từ 0.75 lít lại 0.123 lít áp suất ban đầu 8.10 pa Đs 80.96.104Pa 158 Một bình kín tích 0.4 m3 , chứa khí 270C áp suất 1.5 atm mở nắp , áp suất bình lại atm nhiệt độ 00 a Tìm thể tích khí khỏi bình điều kiện tiêu chuẩn b Tìm khối lượng khí lại bình khối lượng khí Biết khối lượng riêng khí điều kiện chuẩn D0=1.2Kg/m3 Đs a 0.146 m3 b.0.48 Kg ; 0.1752 Kg 159 Một lượng khí áp suất atm , nhiệt độ 27 0C chiếm thể tích lít biến đổi đẳng tích tới nhiệt độ 3270C, biến đổi đẳng áp tới 1200C Tìm áp suất sau biến đổi đẳng tích thể tích khí sau biến đổi đẳng áp? Đs 2atm lít 160 gam khí trạng thái khí trạng thái có p 1=6 atm; có V1=2 lít; T1=270C biến đổi đẳng áp sang trạng thái có nhiệt độ T2=6270C sau biến đổi đẳng tích sang trạng thái có áp suất p 3=2 atm Cuối biến đổi đẳng nhiệt sang trạng thái mà khối lượng riêng khí lúc D=2g/lit a) Tìm thể tích khí sau biến đổi đẳng áp b) Tìm nhiệt độ khí sau biến đổi đẳng tích c) Tìm áp suất khí sau biến đổi đẳng nhiệt d) Vẽ đường biểu diễn biến đổi trên hệ tọa độ (p,V); (p,T); (p,T) Đs: a) lít b) 300K c) atm ... lượng riêng: m =  V  khối lượng riêng (kg/m3) Bài 1: Dưới áp suất 105Pa lượng khí tích 10 lít Tính thể tích khí áp suất 3.10 5Pa Hướng dẫn giải: p1V1  p2V2 � V2  3,3 lít Bài 2: Một bình tích...  0, 286 m3 Bài 4: Khí nén đẳng nhiệt từ thể tích lít đến lít Áp suất khí tăng thêm 0,75at Áp suất khí ban đầu bao nhiêu? Hướng dẫn giải: p1V1  p2V2 � p1  ( p1  0, 75).4  1,5at Bài 5: Dưới... Hướng dẫn giải: p1V1  p2V2 � V2  7, lít Bài 6: Một lượng khí có v1 = lít, p1 = 3.105Pa Hỏi nén V2 = 2/3 V1 áp suất là? Hướng dẫn giải: p1V1  p2V2 � p2  p1  4,5.105 Pa Bài 7: Nén khối khí