Bài 3. Áp suất và động năng phân tử chất khí trang 44, 45, 46 Vật lý 12 Cánh diều: Ngày 01/7/2021, trên mặt biển phía tây bán đảo Yucatan (lu-ca-tan...

Câu hỏi:

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 hóa 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 chuyển 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?

Hướng dẫn giải :

Liên hệ động học phân tử chất khí

Lời giải chi tiết :

Chuyển động của các phân tử khí có vai trò quan trọng trong việc tạo ra áp suất khí tác động lên bình chứa. Càng có nhiều phân tử khí chuyển động nhanh trong bình, áp suất khí càng cao.

Câu hỏi:

So sánh vận tốc của phân tử trước và sau va chạm đàn hồi với thành bình

Hướng dẫn giải :

Vận dụng lí thuyết về động năng

Lời giải chi tiết :

Độ lớn vận tốc của phân tử không thay đổi sau va chạm đàn hồi với thành bình.

Câu hỏi:

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.

Hướng dẫn giải :

Vận dụng lí thuyết áp suất và động năng phân tử chất khí

Lời giải chi tiết :

Xét một mặt phẳng S trong bình.

Trong 1s, một phân tử khí chuyển động với tốc độ v sẽ đi được quãng đường v.

Do đó, số phân tử đi qua mặt phẳng S trong 1s là:

n=μvS

Câu hỏi:

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?

Hướng dẫn giải :

Vận dụng lí thuyết áp suất và động năng phân tử chất khí

Lời giải chi tiết :

Công thức (3.2) là tổng lực do tất cả các phân tử khí va chạm với thành bình trong 1s tác dụng lên thành bình.

Do đó, 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.

Câu hỏi:

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

Hướng dẫn giải :

Vận dụng lí thuyết áp suất và động năng phân tử chất khí

Lời giải chi tiết :

Chỉ có một phần nhỏ các phân tử khí trong bình chuyển động trên một trục xác định tại một thời điểm.

Câu hỏi:

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: \(p = \frac{1}{3}\mu m\overline {{v^2}} \)

Hướng dẫn giải :

Vận dụng lí thuyết áp suất và động năng phân tử chất khí

Lời giải chi tiết :

\(p = \frac{F}{S} = \frac{{\frac{N}{6}.f}}{S} = \frac{{\frac{{\mu Sv\Delta t}}{6}.\frac{{2mv}}{{\Delta t}}}}{S} = \frac{{\frac{1}{3}\mu m{v^2}S}}{S} = \frac{1}{3}\mu m{v^2}\)

Câu hỏi:

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

Hướng dẫn giải :

Vận dụng lí thuyết áp suất và động năng phân tử chất khí

Lời giải chi tiết :

\({v^2} = \frac{{3kT}}{m} = \frac{{3.1,{{38.10}^{ - 23}}.293}}{{\frac{{1,{{29.10}^{ - 3}}}}{{6,{{02.10}^{23}}}}}} = 596\)

Câu hỏi:

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

Hướng dẫn giải :

Vận dụng lí thuyết áp suất và động năng phân tử chất khí

Lời giải chi tiết :

\(p = \frac{1}{3}\frac{{Nm{v^2}}}{V} \Rightarrow m{v^2} = \frac{{3pV}}{N} = \frac{{3RT}}{{{N_A}}}\)

Câu hỏi:

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

Hướng dẫn giải :

Vận dụng lí thuyết áp suất và động năng phân tử chất khí

Lời giải chi tiết :

Theo lý thuyết động học khí, tốc độ trung bình của các phân tử khí tỉ lệ thuận với căn bậc hai của nhiệt độ tuyệt đối nên khi tăng gấp đôi nhiệt độ thì tốc độ trung bình chỉ tăng\(\sqrt 2 \)

Câu hỏi:

Không khí là hỗn hợp của một vài loại khí chính như nitrogen, oxygen, carbon dioxide. So sánh giá trị \(\overline {{v^2}} \) của phân tử các chất khí này trong không khí?

Hướng dẫn giải :

Vận dụng lí thuyết áp suất và động năng phân tử chất khí

Lời giải chi tiết :

v² của nitrogen > v² của oxygen > v² của carbon dioxide