8. Cấu trúc luận văn
2.2. Kiến thức khoa học về chương“Chất khí” Vật lý 10 nâng cao
Để vận dụng thành công lý thuyết đã nêu ở chương I vào DH chương “Chất khí” Vật lý 10 nâng cao, GV cần nắm vững nội dung kiến thức khoa học của chương một cách khái quát và có hệ thống.
2.2.1. Thuyết động học phân tử chất khí. Cấu tạo chất
* Cấu trúc của chất khí: Mỗi chất khí được tạo thành từ những phân tử giống hệt nhau. Mỗi phân tử có thể bao gồm một hoặc nhiều nguyên tử.
* Tính chất của chất khí:
- Bành trướng: Chiếm toàn bộ thể tích của bình chứa.
- Dễ nén: Khi tăng áp suất tác dụng lên một lượng khí thì thể tích của khí giảm đáng kể.
- Có khối lượng riêng nhỏ so với chất rắn và chất lỏng.
* Lượng chất, mol.
+ Lượng chất chứa trong một vật được xác định theo số phân tử và nguyên tử chứa trong chất ấy.
+ mol (đơn vị lượng chất của một chất bất kì): 1 mol là lượng chất trong đó chứa một số phân tử hay nguyên tử bằng số nguyên tử chứa trong 12g cacbon 12.
- Khối lượng mol của một chất được đo bằng khối lượng của một mol chất ấy, thường được kí hiệu bằng chữ Hi Lạp là µ (đọc là muy).
- Thể tích mol của một chất được đo bằng thể tích của một mol chất ấy. Ở điều kiện chuẩn (00C, 1atm) thể tích mol của mọi chất khí đều bằng 22,4 lít/mol hay 0,0224 m3/mol.
- Khối lượng mo của một phân tử (hay nguyên tử) của một chất m0 =
A
N
µ
- Số mol υ (đọc là nuy) chứa trong khối lượng m của một chất υ = mµ - Số phân tử (hay nguyên tử) N có trong khối lượng m của một chất
N = υ.NA = mµ.NA
* Thuyết động học phân tử chất khí:
- Chất khí bao gồm các phân tử kích thích của phân tử là nhỏ coi như một chất điểm.
- Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng, chuyển động này phụ thuộc vào nhiệt độ, không có hướng ưu tiên và gọi là chuyển động nhiệt của các phân tử khí.
- Khi chuyển động các phân tử va chạm với nhau và với thành bình. Khi rất nhiều phân tử khí va chạm với thành bình gây ra áp suất chất khí lên thành bình chứa.
* Cấu tạo phân tử của vật chất:
- Vật chất được cấu tạo từ các phân tử hoặc nguyên tử . Phân tử chuyển động nhiệt không ngừng.
- Ở thể khí các phân tử ở xa nhau, lực tương tác giữa các phân tử rất yếu và do đó chất khí luôn chiếm đầy bình chứa, không có hình dạng và thể tích xác định.
- Ở thể rắn và thể lỏng các phân tử được sắp xếp gần nhau và theo một trật tự nhất định, lực liên kết giữa các phân tử lớn hơn chất khí.Vì vậy ở thể rắn và thể lỏng vật chất có thể tích xác định, nhưng chất lỏng chưa có hình dạng ổn định như chất rắn.
2.2.2.Khí lý tưởng, nhiệt độ tuyệt đối
* Đặc điểm của khí lý tưởng
+ Về cấu trúc vi mô: đúng như thuyết động học phân tử chất khí.
+ Về tính chất vĩ mô: tuân theo đúng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt và Sac-lơ, do đó tuân theo đúng phương trình trạng thái.
* Nhiệt độ tuyệt đối – nhiệt độ Ken-vin (K):
+ Nhiệt độ T trong nhiệt giai Ken-vin: Nhiệt độ T là đại lượng tỉ lệ thuận với áp suất p của một lượng khí có thể tích không đổi ở áp suất thấp.
Khoảng cách nhiệt độ 1 K bằng khoảng cách 10C.
Không độ tuyệt đối (0K) tương ứng với nhiệt độ -2730C: T = t + 273.
2.2.3. Các định luật chất khí
Trạng thái của một lượng khí được xác định bởi ba thông số gồm áp suất (p), thể tích (V), nhiệt độ tuyệt đối (T). Những đại lượng này được gọi là các thông số trạng thái của một lượng khí.
Lượng khí chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác bằng các quá trình biến đổi trạng thái gọi tắt là quá trình.
Quá trình thay đổi thông số trạng thái là quá trình biến đổi trạng thái khí. Có thể thực hiện được những quá trình chỉ có hai thông số biến đổi còn một thông số không đổi. Những quá trình này được gọi là đẳng quá trình.
Trong quá trình biến đổi trạng thái, ba thông số phụ thuộc lẫn nhau theo các định luật và phương trình sau:
* Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ôt- Quá trình đẳng nhiệt
+ Quá trình đẳng nhiệt là quá trình biến đổi trạng thái trong đó nhiệt độ được giữ không đổi.
+ Phát biểu: Ở nhiệt độ không đổi thể tích và áp suất của một khối lượng khí xác định là một hằng số
pV = hằng số + Đường đẳng nhiệt:
Đường đẳng nhiệt là đồ thị biểu diễn quan hệ giữa áp suất p và thể tích V của một lượng khí xác định ở nhiệt độ không đổi. Trong hệ tọa độ p-Vđường đẳng nhiệt là đường hyperbol.
* Định luật Sác-lơ- Quá trình đẳng tích
+ Quá trình đẳng tích là quá trình biến đổi trạng thái trong đó thể tích được giữ không đổi.
+ Phát biểu 1: khi thể tích không đổi áp suất của một khối lượng khí xác định biến thiên theo hàm bật nhất đối với nhiệt độ.
p = p0(t + γt);
Trong đó: p là áp suất ở t0C; p0là áp suất ở 00C.
γ có giá trị như nhau đối với mọi chất khí, mọi nhiệt độ và bằng
273 1
độ-1.
+ Phát biểu 2: khi thể tích không đổi áp suất của một khối lượng khí xác định tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của chất khí:
1 1 T p = 2 2 T p Hay T p = hằng số.
+ Đường đẳng tích là đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất của một lượng khí theo nhiệt độ khi thể tích không đổi. Trong hệ tọa độ
* Định luật Gay luy-xác - Quá trình đẳng áp
+ Quá trình đẳng áp là quá trình biến đổi trạng thái trong đó áp suất được giữ không đổi.
+ Phát biểu: khi áp suất không đổi, thể tích V của một lượng khí xác định tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của chất khí
1 1 T V = 2 2 T V hay TV = hằng số. + Đường đẳng áp:
Đường đẳng áp là đồ thị biểu diễn quan hệ giữa thể tích và nhiệt độ của một lượng khí xác định ở áp suất không đổi. Trong hệ tọa độ (V,T) đường đẳng tích là đường thẳng mà nếu kéo dài sẽ đi qua gốc tọa độ.
2.2.4. Các phương trình
* Phương trình trạng thái của khí lý tưởng
T pV = hằng số; hay 1 1 1 T V p = 2 2 2 T V P .
* Phương trình Cla-pê-rôn – Men-đê-lê-ep: Phương trình trạng thái của một khối lượng khí m bất kì
pV = υRT = mµ.RT. Trong đó:
υ là số mol chứa trong khối lượng m của chất. µ là khối lượng mol của chất.