CHƯƠNG 1: VẬT LÝ NHIỆT

BÀI 1. SỰ CHUYỂN THỂ

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Trong công nghiệp, người ta có thể tạo ra các hợp kim, các sản phẩm đúc kim loại bằng cách nấu chảy kim loại và đổ vào khuôn (Hình 1.1). Một ấm nước được đun sôi và tiếp tục đun thì lượng nước trong ấm sẽ cạn dần (Hình 1.2). Trong các quá trình trên, kim loại và nước đã có sự chuyển thể như thế nào và quá trình chuyển thể này tuân theo những quy luật nào?

Đáp án chuẩn:

kim loại chuyển từ rắn sang lỏng và nước chuyển từ lỏng sang khí.

1. MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VÀ CẤU TRÚC VẬT CHẤT

Thảo luận 1: Nêu các tính chất của chất rắn, chất lỏng, chất khí về hình dạng và thể tích của chúng. Các tính chất này được giải thích như thế nào?

Đáp án chuẩn:

+ Chất rắn: thể tích và hình dạng riêng xác định. Vì các phân tử gần nhau và sắp xếp có trật tự. Lực tương tác mạnh, giữ chúng không di chuyển tự do, chỉ dao động quanh vị trí cân bằng xác định

+ Chất khí: không có hình dạng và thể tích riêng mà nó có hình dạng và thể tích của bình chứa nó. Vì các phân tử ở xa nhau, lực tương tác rất yếu nên chuyển động vô cùng hỗn loạn.

+ Chất lỏng có thể tích xác định nhưng không có hình dạng xác định mà có hình dạng của phần bình chứa nó. Vì : khoảng cách lớn hơn khoảng cách các phân tử ở thể rắn và nhỏ hơn khoảng cách các phân tử ở thể khí. Lực tương tác lớn hơn khi ở thể khí và nhỏ hơn ở thể rắn.

Luyện tập: Dựa vào mô hình động học phân tử, hãy giải thích hiện tượng: Mở lọ nước hoa và đặt ở một góc trong phòng, một lúc sau, người trong phòng có thể ngửi thấy mùi nước hoa.

Đáp án chuẩn:

Các phân tử nước hoa chuyển động hỗn loạn, va chạm với nhau và khuyến tan trong không khí.

2. SỰ CHUYỂN THỂ CỦA CÁC CHẤT

Thảo luận 2: Nêu tên các quá trình chuyển thể qua lại giữa các thể rắn, lỏng, khí của vật chất mà em đã học?

Đáp án chuẩn:

quá trình nóng chảy, quá trình đông đặc, quá trình ngưng tụ, quá trình hóa hơi (bay hơi), quá trình sôi.

Thảo luận 3: Lấy ví dụ minh họa quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí và ngược lại.

Đáp án chuẩn:

- Đun sôi nước

- Ngưng tụ hơi nước

3. SỰ NÓNG CHẢY

Thảo luận 4: Hãy mô tả quá trình nóng chảy của nước đá (Hình 1.11a) và thanh sôcôla (Hình 1.11b).

Đáp án chuẩn:

- Cung cấp nhiệt độ cho viên đá, khi đến 0⁰C, nước đá chuyển từ thể rắn sang thể lỏng, (nhiệt độ của nước đá không thay đổi).

- Cung cấp nhiệt độ cho thanh socola, thanh chuyển từ thể rắn sang thể lỏng một cách liên tục,(nhiệt độ của thanh sôcôla tăng liên tục).

Thảo luận 5: Quan sát đồ thị ở Hình 1.12, từ đó nhận xét về sự biến đổi nhiệt độ của chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình trong quá trình chuyển thể từ rắn sang lỏng.

Đáp án chuẩn:

Chất rắn kết tinh: có nhiệt độ nóng chảy xác định

Chất rắn vô định hình: không có nhiệt độ nóng chảy xác định.

Thảo luận 6: Vận dụng mô hình động học phân tử, hãy giải thích sự nóng chảy của chất rắn kết tinh

Đáp án chuẩn:

Khi cung cấp nhiệt độ nhất định, các phân tử nóng lên => tốc độ chuyển động nhiệt tăng lên, mức độ trật tự trong cấu trúc giảm đi. 

Khi đạt đến nhiệt độ nóng chảy => mạng lưới phân tử bị phá vỡ, các vị trí cân bằng không còn cố định, nên các phân tử chất có thể di chuyển tự do hơn. 

Luyện tập: Nêu ứng dụng của sự nóng chảy trong công nghiệp luyện kim, hàn điện, thực phẩm.

Đáp án chuẩn:

1. Nấu chảy và đúc

2. Hàn cọc, hàn đối, hàn hồ quang, và hàn điện trở. Nối và sửa chữa kim loại 

3. Thực phẩm. Sản xuất bơ. Sản xuất socola

Vận dụng: Từ Bảng 1.1, hãy giải thích tại sao dây tóc bóng đèn sợi đốt thường được làm bằng wolfram.

Đáp án chuẩn:

Wolfram có nhiệt độ nóng chảy cao (3122^oC), chịu được nhiệt độ cao mà không bị nóng chảy hoặc biến dạng

Thảo luận 7: Quan sát Hình 1.13, xác định các quá trình biến đổi ứng với mỗi đoạn AB, BC, CD, DE.

Đáp án chuẩn:

Đoạn AB: đá bắt đầu tan 

Đoạn BC: quá trình nóng chảy

Đoạn CD: nước bắt đầu tăng nhiệt độ.

Đoạn DE: quá trình bay hơi

Luyện tập: Để hàn các linh kiện bị đứt trong mạch điện tử, người thợ sửa chữa thường sử dụng mỏ hàn điện để làm nóng chảy dây thiếc hàn. Biết rằng loại thiếc hàn sử dụng là hỗn hợp của thiếc và chì với tỉ lệ khối lượng là 63:37, khối lượng một cuộn dây thiếc hàn là 50g. Tính nhiệt lượng mỏ hàn cần cung cấp để làm nóng chảy hết một cuộn dây thiếc hàn ở nhiệt độ nóng chảy.

Đáp án chuẩn:

1185 (J)

4. SỰ HÓA HƠI

Thảo luận 8: Dự đoán các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ bay hơi của nước trong Hình 1.14.

Đáp án chuẩn:

Nhiệt độ, áp suất, độ ẩm không khí, diện tích bề mặt nước, gió…

Thảo luận 9: Vận dụng mô hình động học phân tử, hãy giải thích nguyên nhân gây ra sự bay hơi.

Đáp án chuẩn:

Khi cung cấp một năng lượng nhất định, các phân tử ở bề mặt chất lỏng sẽ tham gia chuyển động nhiệt. Khi nhận đủ năng lượng, nó có khả năng vượt qua lực liên kết với các phân tử lân cận và thoát ra khỏi mặt thoáng, trở thành các phân tử hơi. 

Luyện tập:

1. Giả sử được giao nhiệm vụ cất giữ và bảo quản một lít cồn, em hãy nêu cách thực hiện trong điều kiện thực tế sẵn có của gia đình.

2. Rau xanh sau khi thu hoạch thường bị héo rất nhanh khi để ngoài nắng. Vì sao lại có hiện tượng trên? Làm thế nào để hạn chế điều này?

Đáp án chuẩn:

1. 

- Dùng lọ hoặc chai sạch, khô, không mùi để chứa cồn và đóng nắp chặt.

- Bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp.

- Không đặt gần nguồn nhiệt, nơi có nguy cơ cháy nổ.

- Tránh xa tầm tay của trẻ em.

2. – Vì không có nguồn cung cấp nước và chất dinh dưỡng nên chúng dễ bị héo và do ánh nắng mặt trời.

+ Đặt rau xanh vào tủ lạnh ngay sau khi thu hoạch.

+ Đặt rau xanh vào túi chống hơi nước để giảm tình trạng mất nước.

+ Phun nhẹ nước lên rau xanh để giữ độ ẩm.

Thảo luận 10: Vận dụng mô hình động học phân tử, giải thích nguyên nhân gây ra sự sôi của chất lỏng.

Đáp án chuẩn:

Khi đun chất lỏng đến nhiệt độ sôi, các phân tử chất lỏng chuyển động nhanh hơn, làm phá vỡ sự liên kết giữa các phân tử với nhau, phân tử chất lỏng chuyển sang phân tử hơi.

Luyện tập: 

1. Bạn A muốn đun sôi 1,5 lít nước bằng bếp gas. Do sơ suất nên bạn quên không tắt bếp khi nước sôi. Tính nhiệt lượng đã làm hóa hơi 1 lít nước trong ấm do sơ suất đó. Biết nhiệt hóa hơi riêng của nước là 2,3.10⁶ J/kg.

2. Tại sao trên núi cao, ta không thể luộc chín trứng bằng nồi thông thường, mặc dù nước trong nồi vẫn sôi?

Đáp án chuẩn:

1. 2,3.10⁶ (J)

2. Trên núi cao, áp suất không khí thấp hơn so với dưới mặt đất. Khi áp suất giảm, nhiệt độ sôi của nước cũng giảm. 

Vận dụng: Trước đây, để khử trùng các dụng cụ y tế dùng nhiều lần (kéo, kẹp gặp, dao mổ tiểu phẫu,...) người ta thường luộc chúng trong nước sôi. Giả sử cần phải thực hiện nhiệm vụ này nhưng có một số vi khuẩn chỉ bị tiêu diệt ở nhiệt độ 105^oC, trong khi nhiệt độ sôi của nước ở điều kiện tiêu chuẩn là 100^oC. Hãy đề xuất phương án đơn giản để diệt các vi khuẩn này và giải thích.

Đáp án chuẩn:

1. Tăng áp suất

2. Thêm muối vào nước

3. Sử dụng các chất diệt khuẩn để ngâm dụng cụ y tế

BÀI TẬP

1. Kết luận nào dưới đây là không đúng với thể rắn?

A. Khoảng cách giữa các phân tử rất gần nhau (cỡ kích thước phân tử)

B. Các phân tử sắp xếp có trật tự

C. Các phân tử dao động quanh vị trí cân bằng cố định

D. Các phân tử dao động quanh vị trí cân bằng luôn thay đổi.

Đáp án chuẩn:

Đáp án: D

2. Một nhà máy thép mỗi lần luyện được 35 tấn thép. Cho nhiệt nóng chảy riêng của thép là 2,77.10⁵ J/kg.

a) Tính nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy thép trong mỗi lần luyện của nhà máy ở nhiệt độ nóng chảy.

b) Giả sử nhà máy sử dụng khí đốt để nấu chảy thép trong lò thổi (nồi nấu thép). Biết khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg khí đốt thì nhiệt lượng tỏa ra là 44.10⁶ J. Xác định lượng khí đốt cần sử dụng để tạo ra nhiệt lượng tính được ở câu a.

c) Việc sử dụng khí đốt để vận hành các nhà máy thép có thể gây ra những hậu quả gì cho môi trường và đời sống con người?

Đáp án chuẩn:

a) 9,695.10⁹ (J)

b) 220,34 Kg

c) Ô nhiễm không khí. Gây biến đổi khí hậu. Gây mưa axit. Ảnh hưởng đến sức khỏe con người, đặc biệt là những người sống gần nhà máy thép.