Hạt khói chuyển động dù không có luồng gió
Quan sát một hạt khói rất nhỏ dưới kính hiển vi, ta thấy hạt chuyển động giật cục và liên tục đổi hướng ngay cả khi không khí gần như đứng yên. Hạt khói không phải là một phân tử khí. Chuyển động bất quy tắc của nó là dấu hiệu giúp ta nhận ra các phân tử khí vẫn đang chuyển động và va chạm từ nhiều phía.
Từ chuyển động Brown đến mô hình phân tử
Các phân tử môi trường chuyển động hỗn loạn nên số va chạm lên hai phía của hạt khói không hoàn toàn cân bằng tại từng thời điểm. Hợp lực thay đổi liên tục làm hạt chuyển động theo một đường gấp khúc. Hiện tượng này được gọi là chuyển động Brown. Khi nhiệt độ tăng, chuyển động nhiệt của các phân tử thường mạnh hơn.
Để mô tả chất khí đơn giản hơn, ta dùng mô hình khí lí tưởng với ba giả thiết chính:
- Kích thước của phân tử rất nhỏ so với khoảng cách giữa các phân tử.
- Ngoài lúc va chạm, có thể bỏ qua lực tương tác giữa các phân tử.
- Các va chạm giữa các phân tử và với thành bình được coi là đàn hồi.
Các phân tử không đứng yên và cũng không cùng chuyển động theo một hướng. Chúng chuyển động hỗn loạn với nhiều tốc độ khác nhau. Khi va chạm với thành bình, chúng truyền động lượng cho thành và tạo ra áp suất của khí.
Đây là một mô hình gần đúng. Nó mô tả tốt khí đủ loãng và ở xa điều kiện hoá lỏng, nhưng không nên áp dụng máy móc cho khí rất đặc hoặc đang chuyển thể.
Vì sao đun nóng bình kín làm áp suất tăng?
Xét một bình kín, cứng chứa khí. Vì bình kín nên số phân tử không đổi; vì bình cứng nên thể tích gần như không đổi. Khi nhiệt độ tăng, các phân tử chuyển động nhanh hơn và va chạm với thành bình mạnh hơn. Do đó áp suất của khí tăng.
Lập luận bằng mô hình phân tử cho biết trước chiều biến đổi của áp suất. Ở các bài sau, phương trình trạng thái sẽ cho phép tính độ tăng cụ thể.
Áp dụng
Trong không khí gần như đứng yên, hạt khói quan sát dưới kính hiển vi chuyển động giật cục. Giải thích nào phù hợp với chuyển động Brown?
Không khí gần đứng yên vẫn có phân tử chuyển động hỗn loạn và va chạm với hạt.
Nếu va chạm luôn cân bằng đúng nhau thì không giải thích được chuyển động giật cục.
Đúng. Hạt khói cho thấy gián tiếp chuyển động nhiệt của phân tử khí.
Hạt khói gồm nhiều phân tử; nó là hạt quan sát được, không phải một phân tử khí.
Lời giải
Các phân tử khí luôn chuyển động nhiệt hỗn loạn. Những va chạm không đều tại từng thời điểm làm hạt khói đổi hướng liên tục; hạt khói không phải là một phân tử khí. Chọn C.
Áp dụng
Vì sao khí trong bình kín gây áp suất lên thành bên, đáy và nắp bình?
Ở nhiệt độ ổn định, phân tử vẫn chuyển động nhiệt và va chạm với thành bình nên vẫn có áp suất.
Đúng. Áp suất không chỉ do trọng lượng khí ép xuống đáy.
Phân tử khí còn va chạm với nắp và thành bên.
Chuyển động nhiệt là hỗn loạn theo nhiều hướng.
Lời giải
Trong mô hình động học, phân tử khí chuyển động hỗn loạn và va chạm với mọi mặt của bình. Các va chạm truyền xung lượng cho thành, tạo áp suất lên cả đáy, nắp và thành bên. Chọn B.
Những điều cần nhớ
Chuyển động Brown là bằng chứng gián tiếp về chuyển động nhiệt của phân tử. Trong mô hình khí lí tưởng, phân tử chuyển động hỗn loạn và gây áp suất do va chạm với thành bình. Mô hình chỉ là gần đúng và có phạm vi áp dụng.
Đang học