Sơ đồ 2.1. Cấu trúc chương chất khí Vật lí 10 THPT
Chất khí
Cấu tạo chất &
Thuyết động học phân tử chất khí
Khí lí tưởng Hai định luật chất khí
Phương trình trạng thái khí lí tưởng
Mối liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối khi áp suất khơng đổi (định luật Gay-Lussac)
Đường đẳng áp Định luật Boyle – Mariotte
Đường đẳng nhiệt
Định luật Charles
Chương chất khí đề cập đến các nội dung chính sau:
Cấu tạo chất và thuyết động học phân tử chất khí.
Khái niệm khí lí tưởng.
Hai định luật chất khí và mối liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối khi áp suất khơng đổi (định luật Gay-Lussac).
Đường đẳng nhiệt, đường đẳng tích và đường đẳng áp.
Phương trình trạng thái khí lí tưởng
Theo chương trình Vật lí 10 cơ bản: mở đầu chương “chất khí” nghiên cứu về thuyết động học phân tử chất khí, khái niệm khí lí tưởng theo quan điểm vi mơ. Sau đĩ, định luật Boyle – Mariotte và định luật Charles được xây dựng bằng con đường thực nghiệm, phương trình trạng thái khí lí tưởng được xây dựng bằng con đường suy luận logic và suy luận tốn học từ hai định luật trên. Từ đĩ, suy ra mối liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp (định luật Gay-Lussac).
Từ sơ đồ trên, định luật Gay-Lussac khơng phải là hệ quả suy ra từ phương trình trạng thái khí lí tưởng, sơ đồ chỉ thể hiện cách xây dựng các kiến thức theo chương trình Vật lí 10 cơ bản. Trên thực tế, ba định luật này hồn tồn được xây dựng độc lập theo con đường thực nghiệm.
Robert Boyle (1627 - 1691) nhà Vật lí người Anh và người phụ tá Townly đã thực hiện TN tìm ra một định luật cho biết mối liên hệ giữa thể tích và áp suất của một lượng khí xác định khi nhiệt độ của khối khí khơng thay đổi. Định luật này được cơng bố vào năm 1662. Mười bốn năm sau tức là năm 1676, Edme Mariotte (1620 - 1684), một nhà Vật lí Pháp cũng tìm ra định luật này một cách độc lập với Robert Boyle. Vì vậy, sau này người ta gọi định luật này là định luật Boyle – Mariotte (Nguyễn Thị Thếp, 2008).
Năm 1787, Jacques Alexandre César Charles (1746 - 1823) sau khi làm TN với nhiều chất khí khác nhau đã tìm ra được hệ thức p po 1 t và cách phát biểu nguyên thủy của định luật Charles là: “Hệ số tăng áp suất khi thể tích khơng đổi của chất khí đều bằng nhau và bằng 1/ 273”. Tuy nhiên trong sách giáo khoa Vật lí 10 cơ bản, định luật Charles được phát biểu như sau: “Trong quá trình đẳng
tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối”. Hai cách phát biểu trên về định luật Charles là hồn tồn tương đương nhau.
Louis Joseph Gay-Lussac (1778 - 1850), nhà Vật lí và Hĩa học người Pháp đã tìm ra định luật mang ơng bằng thực nghiệm từ năm 1802 với cách phát biểu như sau: “Thể tích của một lượng khí cĩ áp suất khơng đổi biến đổi tuyến tính theo nhiệt độ Celsius t của khí”
1
o
V V t
Tuy nhiên, trong sách giáo khoa Vật lí 10 cơ bản, mối liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối (định luật Gay-Lussac) được phát biểu như sau: “Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối”. Hai cách phát biểu này là hồn tồn tương đương nhau, đĩ là hai cách diễn đạt khác nhau của định luật Gay-Lussac.
Năm 1834, Bonoit Paul Émile Clapeyron gộp kết quả của ba định luật nêu trên vào một phương trình, đĩ là phương trình trạng thái khí lí tưởng.