Thuyết động học phân tử chất khí, Cấu tạo chất, Khí lý tưởng là gì - Vật lý 10 bài 28

Bài viết này chúng ta cùng tìm hiểu về cấu tạo của chất, nội dung của thuyết động học phân tử chất khí. Qua đó vận dụng trả lời một số câu hỏi và bài tập để nắm vững nội dung lý thuyết.

I. Cấu tạo chất

1. Những điều đã học về cấu tạo chất

- Các chất được cấu tạo từ các hạt riêng biệt là phân tử;

- Các phân tử chuyển động không ngừng;

- Các phân tử chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao.

2. Lực tương tác phân tử

• Các vật có thể giữ được hình dạng và thể tích của chúng là do giữa các phân tử cấu tạo nên vật đồng thời có lực hút và lực đẩy. Độ lớn của những lực này phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử.

- Khi khoảng cách giữa các phân tử nhỏ thì lực hút nhỏ hơn lực đẩy.

- Khi khoảng cách giữa các phân tử lớn thì lực hút mạnh hơn lực đẩy.

- Khi khoảng cách giữa các phân tử rất lớn (lớn hơn nhiều lần kích thước phân tử) thì lực tương tác giữa chúng coi như không đáng kể.

3. Các thể rắn, lỏng, khí

- Ở thể khí, các phân tử ở xa nhau (khoảng cách giữa các phân tử lớn gấp hàng chục lần kích thước của chúng).  Lực tương tác giữa các phân tử rất yếu nên các phân tử chuyển động hoàn toàn hỗn loạn. Vì thế, chất khí không có hình dạng và thể tích riêng. Chất khí chiếm toàn bộ thể tích của bình chứa và có thể nén được dễ dàng.

- Ở thể rắn, các phân tử ở gần nhau (khoảng cách giữa các phân tử chỉ vào cỡ kích thước của chúng). Lực tương tác giữa các phân tử chất rắn rất mạnh nên giữ được các phân tử chất rắn rất mạnh nên giữ được các phân tử này ở các vị trí xác định và làm cho chúng chỉ có thể dao động xung quanh các vị trí cân bằng xác định này. Vì thế, các vật rắn có thể tích và hình dạng riêng xác định.

-  Thể lỏng được coi là trung gian giữa thể khí và thể rắn. Lực lượng tương tác giữa các phân tử ở thể lỏng lớn hơn lực tương tác giữa các phân tử ở thể khí nên giữ được các phân tử không chuyển động phân tán ra xa nhau. Do đó, chất lỏng có thể tích riêng xác định. Tuy nhiên, lực này chưa đủ lớn như trong chất rắn để giữ các phân tử ở những vị trí xác định. Các phân tử ở thể lỏng cũng dao động xung quanh các vị trí cân bằng nhưng không cố định mà di chuyển. Vì thế, chất lỏng không có hình dạng riêng mà có hình dạng của phần bình chứa nó.

II. Thuyết động học phân tử chất khí

1. Nội dung cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí   

• Thuyết động học phân tử chất khí ra đời vào những năm đầu của thế kỉ XVIII, nội dung cơ bản như sau:

- Chất khí được cấu tạo từ các phân tử riêng rẽ, có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng.

- Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng ; chuyển động này càng nhanh thì nhiệt độ chất khí càng cao.

- Khi chuyển động hỗn loạn, các phân tử khí va chạm vào nhau và va chạm vào thành bình.

• Mỗi phân tử khí va chạm vào thành bình tác dụng lên thành bình một lực không đáng kể, nhưng vô số phân tử khí va chạm vào thành bình tác dụng lên thành bình một lực đáng kể. Lực này gây áp suất của chất khí lên thành bình.

2. Khí lý tưởng là gì?

- Khí lý tưởng là chất khí trong đó các phân tử được coi là các chất điểm và chỉ tương tác khi va chạm.

III. Bài tập về cấu tạo chất, thuyết động học phân tử chất khí

* Bài 1 trang 154 SGK Vật Lý 10: Tóm tắt nội dung về cấu tạo chất

° Lời giải bài 1 trang 154 SGK Vật Lý 10:

- Các chất được cấu tạo từ các hạt riêng biệt là phân tử.

- Các phân tử chuyển động không ngừng.

- Các phân tử chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao.

* Bài 2 trang 154 SGK Vật Lý 10: So sánh các thể khí, lỏng, rắn về các mặt sau đây:

- Loại phân tử,

- Tương tác phân tử

- Chuyển động phân tử

° Lời giải bài 2 trang 154 SGK Vật Lý 10:

• Ở thể khí các nguyên tử, phân tử ở xa nhau.

- Lực tương tác giữa các nguyên tử, phân tử rất yếu nên các nguyên tử, phân tử chuyển động hoàn toàn hỗn độn. Do đó, chất khí không có hình dạng và thể tích riêng. Chất khí luôn chiếm loàn bộ thể tích của bình chứa và có thể nén được dễ dàng.

• Ở thể rắn, các nguyên tử, phân tử ở gần nhau.

- Lực tương tác giữa các nguyên tử, phân tử chất rắn rất mạnh nên giữ được các nguyên tử, phân tử này ở các vị trí xác định và làm cho chúng chỉ có thể dao động xung quanh các vị trí cân bằng xác định này. Do đó các vật rắn có thể tích và hình dạng riêng xác định.

• Thể lỏng được coi là trung gian giữa thể khí và thể rắn.

- Lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng lớn hơn lực tương tác giữa các nguyên tử, phân tử chất khí nên giữ được các nguyên tử, phân tử không chuyển động phân tán ra xa nhau. Nhờ đó chất lỏng có thể tích riêng xác định. Tuy nhiên, lực này chưa đủ lớn như trong chất rắn để giữ các nguyên tử, phân tử ở những vị trí xác định. Các nguyên tử, phân tử ở thể lỏng cũng dao động xung quanh các vị trí cân bằng, nhưng những vị trí này không cố định mà di chuyển. Do đó chất lỏng không có hình dạng riêng mà có hình dạng của bình chứa nó.

* Bài 3 trang 154 SGK Vật Lý 10: Nêu các tính chất của chuyển động của phân tử

° Lời giải bài 3 trang 154 SGK Vật Lý 10:

+ Loại phân tử: đều giống nhau (cùng một chất)

+ Tương tác phân tử: chất khí < chất lỏng < chất rắn

+ Chuyển động phân tử:

 - Chất khí: tự do, hỗn loạn

 - Chất lỏng: chuyển động xung quanh các vị trí cố định trong thời gian ngắn rồi chuyển vị trí khác.

 - Chất rắn: chuyển động xung quanh vị trí cố định.

* Bài 4 trang 154 SGK Vật Lý 10: Định nghĩa khí lí tưởng

° Lời giải bài 4 trang 154 SGK Vật Lý 10:

- Định nghĩa: Khí lý tưởng là chất khí trong đó các phân tử được coi là chất điểm và chỉ tương tác khi va chạm với nhau.

* Bài 5 trang 154 SGK Vật Lý 10: Tính chất nào sau đây không phải là của phân tử?

A. Chuyển động không ngừng

B. Giữa các phân tử có khoảng cách

C. Có lúc đứng yên, có lúc chuyển động

D. Chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao.

° Lời giải bài 5 trang 154 SGK Vật Lý 10:

• Chọn đáp án: C. Có lúc đứng yên, có lúc chuyển động

- Theo thuyết động học phân tử: Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng, chuyển động này càng nhanh thì nhiệt độ chất khí càng cao.

* Bài 6 trang 154 SGK Vật Lý 10: Khi khoảng các giữa các phân tử rất nhỏ, thì giữa các phân tử

A. Chỉ có lực hút

B. Chỉ có lực đẩy

C. Có cả lực hút và lực đẩy, nhưng lực đẩy lớn hơn lực hút

D. Có cả lực hút và lực đẩy, nhưng lực đẩy nhỏ hơn lực hút.

° Lời giải bài 6 trang 154 SGK Vật Lý 10:

• Chọn đáp án: C. Có cả lực hút và lực đẩy, nhưng lực đẩy lớn hơn lực hút

- Khi khoảng cách giữa các phân tử nhỏ thì lực đẩy mạnh hơn lực hút, khi khoảng cách giữa các phân tử lớn thì lực hút mạnh hơn đẩy.

* Bài 7 trang 155 SGK Vật Lý 10: Tính chất nào sau đây không phải là của phân tử của vật chất ở thể khí?

A. Chuyển động hỗn loạn

B. Chuyển động không ngừng

C. Chuyển động hỗn loạn và không ngừng

D. Chuyển động hỗn loạn xung quanh các vị trí cân bằng cố định.

° Lời giải bài 7 trang 155 SGK Vật Lý 10:

• Chọn đáp án: D. Chuyển động hỗn loạn xung quanh các vị trí cân bằng cố định.

* Bài 8 trang 155 SGK Vật Lý 10: Nêu ví dụ chứng tỏ giữa các phân tử có lực hút, lực đẩy.

° Lời giải bài 8 trang 155 SGK Vật Lý 10:

- Giữa các phân tử có tồn tại lực hút; Ví dụ: Để 2 giọt nước tiếp xúc nhau, chúng bị lực hút vào nhau nhập thành một giọt.

- Giữa các phân tử tồn tại lực đẩy; Ví dụ: Cho chất khí vào một xilanh rồi đẩy pittông nén lại. Ta chỉ nén khối khí đến một thể tích nào đó thôi vì khi đó lực đẩy giữa các phân tử là rất lớn, chống lại lực nén của pittông.