Vật lớ phõn tử là một phần của vật lớ nghiờn cứu tớnh chất của cỏc vật, cỏc tớnh chất đặc thự của tập hợp cỏc trạng thỏi của vật và nghiờn cứu cỏc quỏ trỡnh chuyển pha phụ thuộc vào cấu trỳc phõn tử của cỏc vật, phụ thuộc vào lực tƣơng tỏc của cỏc phõn tử và tớnh chất chuyển động nhiệt của cỏc hạt.
Nhiệt học(hoặc ở phạm vi sõu hơn là nhiệt động lực học) nghiờn cứu cỏc tớnh chất vật lớ của hệ vĩ mụ (vật thể và trƣờng) trờn cơ sở phõn tớch những biến đổi năng lƣợng cú thể cú của hệ mà khụng tớnh tới cỏc cấu trỳc vi mụ của chỳng. Cơ sở của nhiệt động lực học là 3 định luật thực nghiệm, hay cũn gọi là cỏc nguyờn lý nhiệt động.
Nghiờn cứu vật lớ phõn tử và nhiệt học tạo một bƣớc chuyển mới trong hoạt động nhận thức của học sinh. Chất lƣợng mới của cỏc hiện tƣợng nhiệt đƣợc giải thớch bằng 2 sự kiện: Cấu trỳc giỏn đoạn của vật chất và một số rất lớn của cỏc hạt tƣơng tỏc (phõn tử, nguyờn tử…) . Bởi vậy, việc giải thớch cỏc hiện tƣợng đũi hỏi phải đƣa ra một loạt khỏi niệm mới: Cỏc đại lƣợng trung bỡnh, sự cõn bằng nhiệt, nhiệt độ, nội năng, nhiệt lƣợng…Ngoài cỏc quy luật mang tớnh động học, hệ nhiều hạt cũn bị cỏc quy luật khỏc chi phối, đú là cỏc quy luật mang tớnh thống kờ. Ngoài phƣơng phỏp thống kờ, một phƣơng phỏp khỏc của vật lớ học – phƣơng phỏp nhiệt động lực học cũng sẽ đƣợc ỏp dụng để giải thớch cỏc hiện tƣợng nhiệt. Trờn cơ sở của phƣơng phỏp thống kờ, xuất phỏt từ cấu trỳc giỏn đoạn của vật chất, dựa vào thuyết động học phõn tử để giải thớch hiện tƣợng. Cỏc hiện tƣợng đú cú thể đƣợc giải thớch dựa vào cỏc
nguyờn lớ của nhiệt động lực học. Việc ỏp dụng tổng hợp cỏc phƣơng phỏp nhiệt động lực học và phƣơng phỏp thống kờ cú ý nghĩa sõu sắc trong dạy học và trong cả nghiờn cứu khoa học.
Cú nhiều ý kiến cho rằng trong chƣơng trỡnh vật lớ phổ thụng, vật lý phõn tử và nhiệt học nờn đƣợc nghiờn cứu song song, điều đú cú cơ sở sƣ phạm. Tớnh chất đàn hồi cơ học và tớnh chất nhiệt của vật thể, kể cả sự biến đổi trạng thỏi( sự chuyển pha) của vật chất phụ thuốc vào cấu trỳc vật chất và sự tƣơng tỏc giữa cỏc hạt. Cỏc hiện tƣợng vĩ mụ này cần đƣợc giải thớch ngay bằng thuyết động học phõn tử.
Theo cỏch trỡnh bày truyền thống ở nhiều nƣớc, chƣơng trỡnh vật lớ phõn tử và nhiệt học ở trƣờng phổ thụng thƣờng bao gồm 3 nhúm vấn đề: Cỏc hiện tƣợng nhiệt, cỏc định luật thực nghiệm chất khớ, thuyết động học phõn tử ; cỏc nguyờn lớ của nhiệt động lực học; Tớnh chất của cỏc chất(rắn, lỏng, khớ).
Thuyết động học phõn tử là một thuyết điển hỡnh. Qua việc phõn tớch đầy đủ thuyết động học phõn tử chỳng ta hiểu rừ hơn sự hỡnh thành cỏc thuyết khỏc.
+) Cơ sở kinh nghiệm: thuyết động học phõn tử (ban đầu là thuyết cấu tạo chất) là một trong những thuyết vật lớ ra đời sớm nhất, đƣợc kế thừa những quan điểm cổ đại nhất về cấu tạo chất và là kết quả của cuộc đấu tranh kộo dài nhiều thế kỷ giữa những quan điểm đối lập nhau về bản chất của nhiệt. Demokritos cho rằng “ vật chất đƣợc cấu tạo một cỏch dỏn đoạn từ cỏc hạt”, đối lập với trƣờng phỏi cho rằng vật chất đƣợc cấu tạo một cỏch liờn tục từ một số chất cơ bản. Giả thiết cho rằng nhiệt cú đƣợc là do chuyển động của cỏc hạt vật chất ra đời trƣớc giả thiết về „chất nhiệt”và đƣợc cỏc nhà bỏc học Hooke, Boyle, Newton, Lomonosov ủng hộ. Những thành tựu nguyờn tử luận trong hoỏ học đó gúp phần quan trọng đến sự ra đời của thuyết động học phõn tử. Sự ra đời của số Avogadro cho phộp xỏc định khối lƣợng của từng nguyờn
tử. Nguyờn tử từ chỗ là sản phẩm đơn thuần của trớ tƣởng tƣợng của con ngƣời đó dần dần trở thành một thực thể vật lớ. Đú chớnh là một trong những động lực quan trọng quyết định sự ra đời của thuyết động học phõn tử.
+) Cơ sở thực nghiệm: Những sự kiện thực nghiệm về chất khớ cú quan hệ trực tiếp đến sự ra đời của thuyết động học phõn tử là cỏc cụng trỡnh của Boyle, Mariotte, Gay-lussac và Charles. Năm 1834 clapeyron thõu túm thành cụng thức tổng quỏt PV=RT biểu diễn phƣơng trỡnh trạng thỏi chất khớ. Sự phỏt hiện ra chuyển động Brown cũng nhƣ hiện tƣợng khuyếch tỏn của Loschmidt cũng là những cơ sở thực nghiệm quan trọng.
+) Cỏc mụ hỡnh đầu tiờn:
- Mụ hỡnh chất khớ của Boyle là mụ hỡnh đƣợc đƣa ra đầu tiờn. ễng cho rằng chất khớ do cỏc hạt vật chất hỡnh cầu rất nhỏ tạo thành và cú tớnh chất đàn hồi nhƣ cao su.
- Mụ hỡnh động học chất khớ đƣợc Bernoulli đƣa ra năm 1734 cho rằng chất khớ đƣợc cấu tạo bởi những hạt vật chất chuyển động hỗn loạn khụng ngừng. Từ đú, mụ hỡnh của ụng giải thớch đƣợc nguyờn nhõn gõy ra ỏp suất và giải thớch thành cụng định luật thực nghiệm Boyle-Mariotte
+) Hạt nhõn của thuyết:
- Tƣ tƣởng cơ bản của thuyết động học phõn tử là tƣ tƣởng cơ học của NewTon. Einstein cho rằng: “ thuyết động học phõn tử là một trong những thành tự to lớn nhất của khoa học chịu ảnh hƣởng trực tiếp của cỏc quan điểm cơ học”
- Cỏc quan đểm cơ bản của thuyết là:
+) vật chất đƣợc cấu tạo dỏn đoạn từ cỏc hạt rất nhỏ đƣợc gọi là phõn tử
+) Cỏc phõn tử tƣơng tỏc với nhau bằng cỏc lực hỳt và lực đẩy +) chuyển động và tƣơng tỏc của cỏc phõn tử tuõn theo cỏc định luật cơ học của Newton
Trong chƣơng trỡnh sgk hiện nay chƣơng Chất khớ đƣợc xem nhƣ chƣơng mở đầu của phần nhiệt học. Nội dung của chƣơng đề cập đến cấu trỳc phõn tử cũng nhƣ tớnh chất nhiệt của chất ở trạng thỏi khớ, đú là cấu trỳc và tớnh chất tƣơng đối đơn giản so với cấu trỳc và tớnh chất ở trạng thỏi kia.
Tƣơng tỏc giữa cỏc phõn tử trong chất khớ rất xa so với trong chất lỏng và chất rắn, khỏc ở chỗ cỏc phõn tử khớ hầu nhƣ khụng tƣơng tỏc trừ khi va chạm, cũn cỏc phõn tử ở trạng thỏi ngƣng kết cú mối liờn kết khỏ mạnh với nhau làm cho cỏc phõn tử khụng chuyển động tự do mà sắp xếp cú trật tự(xa hoặc gần) trong một cấu trỳc. Khú cú thể bỏ qua sự khỏc nhau trong tƣơng tỏc phõn tử mà trỡnh bày chung một thuyết động học cho mọi trạng thỏi. Chƣơng này trỡnh bày thuyết động học phõn tử của chất khớ trƣớc, sau đú bổ sung mộtt phần đối với chất lỏng và chất rắn, học tiếp chƣơng sau thỡ học sinh mới cú khỏi niệm đầy đủ, ở mức độ phổ thụng, về thuyết động học phõn tử của vật chất.
Đối với chất khớ giữa cấu trỳc phõn tử và tớnh chất nhiệt. Tuy nhiờn, việc này vƣợt ra khỏi chƣơng trỡnh. HS nào ham thớch cú thể đọc trong mục “em cú biết” và trong bài đọc thờm. Chƣơng này chỉ đƣa ra cõu hỏi, yờu cầu giải thớch định tớnh những định luật về chất khớ bằng thuyết động học phõn tử. Những tớnh chất của chất khớ đƣợc khảo sỏt bằng thực nghiệm. Ba định luật về chất khớ: Boyle-mariotte, Gay-lussac và Charles đều đƣợc phỏt hiện bằng thực nghiệm. Tuy vậy, ở giai đoạn hiện nay chỉ cần biết 2 trong 3 định luật là cú thể suy ra định luật thứ 3, nờn tận dụng trƣờng hợp này để học sinh làm quen với việc vận dụng suy luận để tỡm ra quy luật mới, từ phƣơng trỡnh trạng thỏi tỡm ra định luật Gay-lussac. Cần cho HS thấy rừ cơ sở thực nghiệm
của phƣơng trỡnh trạng thỏi của chất khớ cũng nhƣ của phƣơng trỡnh clapờron- Menđờlờộp. Cú kỹ năng tớnh toỏn và vẽ đồ thị khi vận dụng 2 phƣơng trỡnh này.[26]