Đang tải... (xem toàn văn)
Theo mẫu "hành tinh nguyên tử, nguyên tử như một hệ hành tinh thu nhỏ. Ở tâm có hạt nhân nguyên tử mang điện dương. Chung quanh hạt nhân có các electron mang điện âm chuyển động
CHƯƠNG 9 : THUYẾT ÐỘNG HỌC I. CẤU TẠO VẬT CHẤT. 1. Vật chất được cấu tạo bởi các phân tử. 2. Chuyển động Brown của phân tử. 3. Chuyển động khuyếch tán của phân tử. II. PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ THỐNG KÊ . 1. Xác suất .2. Phép tính trung bình. III. THUYẾT ÐỘNG HỌC PHÂN TỬ IV. NHIỆT ÐỘ V. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG. VI. PHƯƠNG TRÌNH VAN DER WALLS. 1. Lực tương tác giữa hai phân tử. 2. Thế năng tương tác giữa hai phân tử 3. Quá trình va chạm giữa hai phân tử. 4. Phương trình Van der Walls. VII. SỨC CĂNG MẶT NGOÀI 1. Tính chất chung và cấu trúc phân tử của chất lỏng . 2. Hiện tượng căng mặt ngoài .3. Hiện tượng dính ướt và không dính ướt .VIII. HIỆN TƯỢNG MAO DẪN . 1. Áp suất phụ .2. Mao dẫn .IX. SỰ BIẾN ÐỔI PHA CỦA VẬT CHẤT 1. Các pha của vật chất .2. Ðồ thị pha .3. Ðồ thị pha tổng quát- Ðiểm ba .4. Hiện tượng đổi pha và thuyết động học phân tử I. CẤU TẠO VẬT CHẤT 1. Vật chất được cấu tạo bởi các phân tửTOP Theo mẫu "hành tinh nguyên tử í, nguyên tử như một hệ hành tinh thu nhỏ. Ở tâm có hạt nhân nguyên tử mang điện dương. Chung quanh hạt nhân có các electron mang điện âm chuyển động. Electron và các hạt cấu tạo nên hạt nhân nguyên tử (prôton và nơtron) là những hạt cơ bản. Ngoài những hạt vừa kể người ta còn biết được vào khoảng 200 hạt cơ bản khác. 2. Chuyển động Brown của phân tử TOPXét trong một khoảng thời gian ngắn, có vài phân tử chất lỏng va chạm vào một hạt Brown nào đó. Những va chạm đó đến từ các hướng khác nhau với các vận tốc khác nhau; Cho nên tổng xung lực (Lực tác dụng trong thời gian ngắn) của các phân tử chất lỏng tác dụng lên hạt đang xét theo các hướng là không cân bằng. Vì hạt Brown có khối lượng nhỏ, nên dưới tác dụng của các xung lực nói trên nó dễ dịch chuyển tức thời theo một hướng nhất định. Do chuyển động hỗn loạn của các phân tử, tổng xung lực tác động lên hạt Brown thay đổi tức thời theo thời gian, làm cho quỹ đạo chuyển động của hạt Brown có đường gấp khúc. Nếu ta dùng các hạt to hơn thì ta không thấy chuyển động Brown. Bởi vì hạt có kích thước lớn nên số va chạm của các phân tử chất lỏng vào hạt rất lớn so với trường hợp hạt Brown. Khi đó, sự va chạm của các phân tử chất lỏng vào hạt từ mọi phía coi như bằng nhau, tổng xung lực của các phân tử chất lỏng tác dụng lên hạt xem như bằng không. Mặc khác, vì khối lượng của hạt là khá lớn, hạt có quán tính lớn không thể tham gia chuyển động Brown. Tuy nhiên với các hạt bụi chuyển động lơ lửng trong không khí, ta vẫn có thể thấy chuyển động Brown. 3. Chuyển động khuyếch tán của phân tử TOPÐổ dung dịch sunphát đồng màu xanh vào một cốc thủy tinh có chứa nước màu trắng. Lúc đầu ta thấy có một ranh giới rõ rệt giữa hai chất nhưng sau một thời gian nào đó, không cần tác dụng bên ngoài thì chúng cũng sẽ hoà lẫn vào nhau và ranh giới nhoà dần. Ta nói các phân tử khuyếch tán vào nhau. Hiện tượng khuyếch tán xảy ra là do các phân tử của hai chất chuyển động xen lẫn vào nhau. Hơi Brôm (Br) trong lọ bay ra ngoài là một ví dụ khác về khuếch tán trong không khí. Khuyếch tán giữa hai chất khí xảy ra mạnh hơn trong chất lỏng. Khuyếch tán trong chất rắn xảy ra rất chậm so với trường hợp chất khí và chất lỏng. Ở nhiệt độ bình thường, sự khuyếch tán của hai kim loại vào nhau chỉ nhận thấy được sau vài tháng. Khuyếch tán là một chứng minh sự chuyển động của phân tử trong vật chất. Nhiều sự kiện chứng tỏ giữa các phân tử có lực tương tác (hút và đẩy) đối với nhau Lực nầy tạo ra tính chất hỗøn loạn của chuyển động của các phân tử. Ðộ lớn của lực tương tác giữa các phân tử trong các trạng thái khí, lỏng và rắn khác nhau nên tính chất chuyển động hỗùøn loạn của chuyển động các phân tử trong các trạng thái vật chất nói trên cũng khác nhau. Chuyển động nhiệt : Những hiện tượng Nhiệt có liên quan chặt chẽ đến chuyển động hỗn loạn của các phân tử cho nên chuyển động hỗn loạn của các phân tử còn được gọi là chuyển động nhiệt. II. PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ THỐNG KÊ TOPTrong cơ học vật rắn, Ðể nghiên cứu một hệ cấu tạo bởi một số rất lớn phân tử là không thể thực hiện được, bởi vì : - Sự tương tác giữa các phân tử rất phức tạp. - Phải viết và giải một số rất lớn các phương trình chuyển động của từng phân tử của hệ (ví dụ: ở điều kiện bình thường 1cm3 khí chứa vào khoảng 2,7.1019 phân tử hay 1cm3 kim loại chứa vào khoảng 1022 nguyên tử ). Trong vật lý phân tử và nhiệt học, người ta dùng phương pháp vật lý thống kê, ở đó ta không xét chuyển động của mỗi phân tử riêng rẽ, mà xét chuyển động chung của một tập hợp rất lớn các phân tử cấu tạo nên vật. Ðể đặc trưng cho chuyển động chung của nhiều phân tử, ta phải lấy giá trị trung bình của động năng của các phân tử. Phương pháp vật lý thống kê nêu lên mối liên quan giữa những đại lượng đặc trưng cho tính chất vĩ mô của vật như nhiệt độ, áp suất, thể tích của toàn bộ vật với các giá trị trung bình của các đại lượng đặc trưng cho chuyển động của phân tử như vận tốc trung bình, xung lượng trung bình, động năng trung bình. 1. Xác suất TOPKhi nghiên cứu những hiện tượng ngẫu nhiên xảy ra nhiều lần theo những cách khác nhau như việc gieo con xúc xắc (một vật rắn đồng chất, hình lập phương, có 6 mặt đều đặn ghi số từ 1-6) thì một vấn đề được đặt ra là một con số nào đó hiện lên sau mỗi lần gieo xảy ra theo qui luật nào ? Nếu chỉ xét một lần gieo thì việc hiện một con số nào đó sẽ xảy ra một cách ngẫu nhiên. Ta gọi đó là một biến cố. Nếu muốn xét xem một con số nhất định (ví dụ con số 1) xuất hiện ngẫu nhiên bao nhiêu lần trong N lần gieo xúc xắc thì việc xuất hiện của con số nhất định đó gọi là biến cố mong muốn hay biến cố quan sát. Ta định nghĩa xác suất w của một biến cố nào đó là: 2. Phép tính trung bình. TOPKhái niệm xác suất giúp ta xác định được giá trị trung bình của những gía trị khác nhau xuất hiện một cách ngẫu nhiên trong một quá trình nào đó. Ví dụ tìm giá trị trung bìnhĠ của những con số lật lên khi gieo xúc xắc nhiều lần. Ta thấy việc lật lên con số này hay con số khác là ngẫu nhiên nhưng giá trị trung bình của những con số lật lên lại có giá trị hoàn toàn xác định. Như vậy, mặc dù các đại lượng đặc trưng cho chuyển động của từng phân tử (động năng, vận tốc) có thể có giá trị ngẫu nhiên, bất kỳ nhưng các giá trị trung bình của các đại lượng đó thì có giá trị hoàn toàn xác định. Kết quả nói trên chỉ đúng khi xét một hệ gồm một số rất lớn các phân tử. Vì vậy ta nói phép tính trung bình có tính chất thống kê. Ngoài phương pháp vật lý thống kê người ta còn dùng phương pháp nhiệt động lực học. Phương pháp nhiệt động lực học không khảo sát các quá trình chuyển động của các phân tử mà dựa vào việc hình thành các hàm phân bố về vận tốc và động năng của các hạt theo nhiệt độ từ đó thiết lập các thế nhiệt động. III. THUYẾT ÐỘNG HỌC PHÂN TỬTOP Ðể xây dựng công thức cơ bản của thuyết động học phân tử ta hãy tính áp suất được tạo ra khi các phân tử khí va chạm với thành bình. Lực của các phân tử khí tác dụng lên thành bình bằng và ngược chiều với lực của thành bình tác dụng lên các phân tử khí, ta có: IV. NHIỆT ÐỘ TOPKhi để hai vật tiếp xúc với nhau thì các phân tử của hai vật do chuyển động hỗn loạn, sẽ va chạm vào nhau và do đó có sự trao đổi năng lượng. Vật có động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử lớn hơn thì ta nói đó là vật nóng hơn và sẽ bị mất bớt năng lượng. Vật mà động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử nhỏ hơn (vật lạnh hơn) thì sẽ nhận thêm năng lượng. Nhiệt lượng là phần năng ượng của chuyển động nhiệt hổn loạn của các phân tử do vật nóng hơn truyền cho các phân tử của vật lạnh hơn. Thông thường ta hiểu vật nóng thì có nhiệt độ cao hơn vật lạnh. Khi để hai vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau thì có sự truyền động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến từ vật có nhiệt độ cao đến vật có nhiệt độ thấp. Sự truyền năng lượng này chỉ ngừng lại khi hai vật có nhiệt độ bằng nhau, hay động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử bằng nhau. Vì lý do này, người ta có thể chọn động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử trong mỗi vật làm thước đo nhiệt độ của vật đó. Người ta dùng nhiệt độ ( được xác định bằng công thức (9.9) tính áp suất p Tóm lại: Nhiệt độ cũng như động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử là đại lượng có liên quan chặt chẽ với mức độ nhanh hay chậm của chuyển động hỗn loạn của các phân tử. Nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho tính chất vĩ mô của vật, cho sự nhanh chậm của chuyển động hỗn loạn của các phân tử cấu tạo nên vật đó. Mối liên quan giữa nhiệt độ đo bằng đơn vị năng lượng với nhiệt độ đo bằng đơn vị độ được biểu thị bằng công thức Vì động năng trung bình chỉ có gía trị dương nên nhiệt độ tuyệt đối không thể giá trị âm. Nếu sau này ta gặp khái niệm nhiệt độ tuyệt đối âm thì không nên hiểu rằng nhiệt độ đó có giá trị thấp hơn nhiệt độ tuyệt đối. V. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNGTOP [...]... còn dùng phương pháp nhiệt động lực học. Phương pháp nhiệt động lực học không khảo sát các quá trình chuyển động của các phân tử mà dựa vào việc hình thành các hàm phân bố về vận tốc và động năng của các hạt theo nhiệt độ từ đó thiết lập các thế nhiệt động. III. THUYẾT ÐỘNG HỌC PHÂN TỬ TOP Ðể xây dựng công thức cơ bản của thuyết động học phân tử ta hãy tính áp suất được tạo ra khi các phân tử... chất hỗøn loạn của chuyển động của các phân tử. Ðộ lớn của lực tương tác giữa các phân tử trong các trạng thái khí, lỏng và rắn khác nhau nên tính chất chuyển động hỗùøn loạn của chuyển động các phân tử trong các trạng thái vật chất nói trên cũng khác nhau. Chuyển động nhiệt : Những hiện tượng Nhiệt có liên quan chặt chẽ đến chuyển động hỗn loạn của các phân tử cho nên chuyển động hỗn loạn của các... khác nhau tiếp xúc với nhau thì có sự truyền động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến từ vật có nhiệt độ cao đến vật có nhiệt độ thấp. Sự truyền năng lượng này chỉ ngừng lại khi hai vật có nhiệt độ bằng nhau, hay động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử bằng nhau. Vì lý do này, người ta có thể chọn động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử trong mỗi vật làm... ÐỘ TOP Khi để hai vật tiếp xúc với nhau thì các phân tử của hai vật do chuyển động hỗn loạn, sẽ va chạm vào nhau và do đó có sự trao đổi năng lượng. Vật có động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử lớn hơn thì ta nói đó là vật nóng hơn và sẽ bị mất bớt năng lượng. Vật mà động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử nhỏ hơn (vật lạnh hơn) thì sẽ nhận thêm năng lượng.... chứa vào khoảng 1022 nguyên tử ). Trong vật lý phân tử và nhiệt học, người ta dùng phương pháp vật lý thống kê, ở đó ta khơng xét chuyển động của mỗi phân tử riêng rẽ, mà xét chuyển động chung của một tập hợp rất lớn các phân tử cấu tạo nên vật. Ðể đặc trưng cho chuyển động chung của nhiều phân tử, ta phải lấy giá trị trung bình của động năng của các phân tử. Phương pháp vật lý thống kê nêu lên... cho chuyển động của từng phân tử (động năng, vận tốc) có thể có giá trị ngẫu nhiên, bất kỳ nhưng các giá trị trung bình của các đại lượng đó thì có giá trị hồn tồn xác định. Kết quả nói trên chỉ đúng khi xét một hệ gồm một số rất lớn các phân tử. Vì vậy ta nói phép tính trung bình có tính chất thống kê. Ngoài phương pháp vật lý thống kê người ta còn dùng phương pháp nhiệt động lực học. Phương... rồi mới sang pha lỏng. Hiện tượng này xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ "điểm Ba". 4. Hiện tượng đổi pha và thuyết động học phân tử. TOP a. Nóng chảy và đông đặc. Trong thực tế, các hạt cấu thành chất rắn và tinh thể chịu hai ảnh hưởng ngược nhau: 1) Chuyển động nhiệt có xu hướng làm tách rời các hạt xa nhau ra, phá vỡ trật tự trong mạng tinh thể. 2) Lực tương tác giữa cá hạt có... xác định bằng cơng thức (9.9) tính áp suất p Tóm lại: Nhiệt độ cũng như động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử là đại lượng có liên quan chặt chẽ với mức độ nhanh hay chậm của chuyển động hỗn loạn của các phân tử. Nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho tính chất vĩ mơ của vật, cho sự nhanh chậm của chuyển động hỗn loạn của các phân tử cấu tạo nên vật đó. Mối liên quan giữa nhiệt... vào một chuông thuỷ tinh nối với bơm hút khí. Cho bơm chạy, áp suất khơng khí trên mặt thống giảm dần đến 31mmHg, thì nước sơi (Hình 9.32) TRỌNG TÂM ƠN TẬP ***@@@*** 1- Công thức cơ bản của thuyết động học. 2- Khái niệm về nhiệt độ. 3- Phương trình trạng thái cho khí lý tưởng. 4- Phương trình trạng thái cho và khí thực. 5- Hiện tượng sức căng mặt ngồi 6- Hiện tượng mao dẫn. 7- Sự biến đổi... nên chuyển động hỗn loạn của các phân tử còn được gọi là chuyển động nhiệt. II. PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ THỐNG KÊ TOP Trong cơ học vật rắn, Ðể nghiên cứu một hệ cấu tạo bởi một số rất lớn phân tử là không thể thực hiện được, bởi vì : - Sự tương tác giữa các phân tử rất phức tạp. - Phải viết và giải một số rất lớn các phương trình chuyển động của từng phân tử của hệ (ví dụ: ở điều kiện bình thường 1cm3 . CHƯƠNG 9 : THUYẾT ÐỘNG HỌC I. CẤU TẠO VẬT CHẤT. 1. Vật chất được cấu tạo bởi các phân tử. 2. Chuyển động Brown của phân tử. 3. Chuyển động. người ta còn dùng phương pháp nhiệt động lực học. Phương pháp nhiệt động lực học không khảo sát các quá trình chuyển động của các phân tử mà dựa vào việc