BÀI 3. ÁP SUẤT VÀ ĐỘNG NĂNG PHÂN TỬ CHẤT KHÍ

Mở đầu: Ngày 01/7/2021, trên mặt biển phía tây bán đảo Yucatan (lu-ca-tan, vịnh Mexico) xuất hiện một đám lửa lớn do cháy khí hoá lỏng rò rỉ từ một đường ống dẫn dưới đáy biển. Một lượng lớn người và phương tiện đã phải huy động để khắc phục sự cố này (Hình 3.1).

Áp suất khí trong bình chứa quá cao có thể gây ra rò rỉ khí. Chính chuyến động của các phân tử khí trong bình chứa đã gây ra áp suất lên thành bình. Vậy mối liên hệ giữa chuyển động của các phân tử khí với áp suất khí tác động lên bình chứa như thế nào?

Đáp án chuẩn:

Khi tốc độ chuyển động tăng lên, áp suất cũng tăng lên, và ngược lại.

I. ÁP SUẤT CHẤT KHÍ

Câu 1: So sánh vận tốc của phân tử trước và sau khi va chạm đàn hồi với thành bình.

Đáp án chuẩn:

Vận tốc trước và sau khi va chạm với thành bình giữ nguyên, nhưng ngược hướng so với vận tốc trước khi va chạm.

Câu 2: Lập luận để chứng tỏ rằng số phân tử đến va chạm với một đơn vị diện tích thành bình trong 1s là μv với v là tốc độ trung bình của các phân tử khí, µ là số phân tử trong một đơn vị thể tích.

Đáp án chuẩn:

Giả sử: lượng phân tử này sẽ di chuyển một quãng đường là vΔt; mỗi đơn vị thể tích chứa μ phân tử.

Khi đó số phân tử đến va chạm với một đơn vị diện tích thành bình trong 1 giây là μv.

Câu 3: Vì sao độ lớn lực F được xác định bằng công thức (3.2) có độ lớn bằng lực do phân tử khí tác dụng lên thành bình?

Đáp án chuẩn:

Ta có xung lượng của lực hay độ biến thiên động lượng của một phân tử là 2mv, mà , do đó lực được xác định bằng công thức trên là lực mà các phần tử khí tác dụng lên thành bình.

Câu 4: Nhận xét về số phân tử chuyển động trên một trục xác định so với tất cả các phân tử khí trong bình.

Đáp án chuẩn:

số phân tử chuyển động trên một trục xác định sẽ là 1/3 so với tất cả các phân tử khí trong bình.

Câu 5: Gọi µ là số phân tử khí trong một đơn vị thể tích. Chứng tỏ rằng áp suất do các phân tử khí tác dụng lên thành bình được tính bằng công thức:

 p =µm²

Đáp án chuẩn:

Để tính là khối lượng chất khí trên một đơn vị thể tích = số phân tử khí trên một đơn vị thể tích (µ) x khối lượng của một phân tử khí (m) hay: µm = (đpcm).

Luyện tập 1: Ở nhiệt độ phòng và áp suất 10⁵ Pa, không khí có khối lượng riêng khoảng 1,29 kg/m³. Xác định giá trị trung bình của bình phương tốc độ các phân tử không khí.

Đáp án chuẩn:

232558,14 (m²/s²)

II. ĐỘNG NĂNG PHÂN TỬ KHÍ LÍ TƯỞNG

Câu 6: Thực hiện biến đổi công thức (3.3) và phương trình trạng thái khí lí tưởng để rút ra công thức (3.6).

Đáp án chuẩn:

Từ công thức (3.3) có: pV =²

=> ² = nRT  => ² = 3nRT/N

Có N/n = N_A, ta có: ² =  là công thức (3.6).

Luyện tập 2: Vì sao khi tăng nhiệt độ của một lượng khí lí tưởng từ 300 K đến 600 K, ta không làm tăng gấp đôi tốc độ của các phân tử khí?

Đáp án chuẩn:

T tỉ lệ thuận với , lại có T tăng từ 300 K lên 600K, khi đó cũng tăng lên gấp đôi hay tăng lần.

Vận dụng: Không khí là hỗn hợp của một vài loại khí chính như nitrogen, oxygen, carbon dioxide. So sánh giá trị  của phân tử các chất khí này trong không khí?

Đáp án chuẩn:

N2  > O2 > CO2.