Giải SGK Vật lí 12 CTST Bài 8. Áp suất – Động năng của phân tử khí có đáp án
9 câu hỏi
Ở các bài trước ta đã biết, nguyên nhân gây ra áp suất khí là sự va chạm của các phân tử khí với thành bình. Các phân tử chuyển động nhiệt càng nhanh thì sự va chạm càng mạnh và hệ quả là áp suất của khí lên thành bình càng lớn. Mặt khác, việc các phân tử chuyển động nhiệt càng nhanh cũng có nghĩa nhiệt độ khí càng lớn. Như vậy giữa nhiệt độ khí, áp suất khí và động năng các phân tử khí có mối liên hệ chặt chẽ. Làm thế nào để thiết lập được một cách định lượng mối liên hệ này?
Sử dụng các kiến thức về động lượng, định luật III Newton, bài toán va chạm để thiết lập mối liên hệ giữa nhiệt độ khí, áp suất khí và động năng các phân tử khí.
Áp suất do các phân tử khí tác dụng lên thành bình phụ thuộc như thế nào vào tốc độ chuyển động nhiệt, khối lượng và mật độ của các phân tử khí?
Áp suất do các phân tử khí tác dụng lên thành bình phụ thuộc vào các đại lượng:
- Khi tốc độ chuyển động nhiệt tăng thì áp suất tăng.
- Khi khối lượng phân tử khí tăng thì áp suất tăng.
- Khi mật độ của các phân tử khí tăng thì áp suất tăng.
Áp dụng các kiến thức về động lực học (định luật III Newton, xung lượng của lực) cho bài toán va chạm của phân tử khí với thành bình. Thảo luận để rút ra biểu thức p=13μmv2.
Thực nghiệm đo được tốc độ trung bình của hầu hết các phân tử khí trong khoảng từ vài trăm m/s đến vài ngàn m/s. Tuy nhiên, phải sau một khoảng thời gian người ta mới cảm nhận được mùi thơm của lọ nước hoa bị đổ trong phòng. Hãy giải thích.
Do trong quá trình khuếch tán vào không khí, các phân tử khí chuyển động hỗn loạn va chạm với các phân tử không khí, nên cần một khoảng thời gian người ta mới cảm nhận được mùi thơm của lọ nước hoa.
Tính trung bình của bình phương tốc độ trong chuyển động nhiệt của phân tử khí helium có khối lượng mol là 4 g/mol ở nhiệt độ 320 K. Coi các phân tử khí là giống nhau.
Trung bình của bình phương tốc độ trong chuyển động nhiệt của phân tử khí: Wd=12mv2¯Wd=32RNAT⇒12mv2¯=32RNAT
⇒12.MNA.v2¯=32.RNA.T⇒v2¯=3RTM=3.8,31.3204.10−3=1994400
Không khí nóng sẽ bốc lên cao, tuy nhiên khi đứng trên đỉnh núi cao ta lại thấy lạnh hơn so với khi ở chân núi. Hãy giải thích điều này.
Khi đứng trên đỉnh núi cao ta lại thấy lạnh hơn so với khi ở chân núi. Vì:
- Nhiệt độ không khí giảm dần theo độ cao:
+ Khi độ cao tăng, mật độ không khí giảm.
+ Càng lên cao, mật độ không khí càng loãng, dẫn đến khả năng giữ nhiệt kém hơn.
+ Trung bình, cứ lên cao 100m, nhiệt độ giảm 0,6°C.
- Núi cao cản trở sự di chuyển của hơi nước:
+ Hơi nước trong không khí đóng vai trò như một tấm chăn giữ nhiệt.
+ Núi cao cản trở sự di chuyển của hơi nước, khiến cho nhiệt độ ở đỉnh núi thấp hơn.
- Gió:
+ Gió thường mạnh hơn ở độ cao lớn hơn.
+ Gió làm tăng tốc độ truyền nhiệt từ cơ thể, khiến ta cảm thấy lạnh hơn.
Hai bình kín có thể tích bằng nhau đều chứa khí lí tưởng ở cùng một nhiệt độ. Khối lượng khí trong hai bình bằng nhau nhưng khối lượng một phân tử khí của bình 1 lớn gấp hai lần khối lượng một phân tử khí ở bình 2. Áp suất khí ở bình 1
A. bằng áp suất khí ở bình 2.
B. gấp bốn lần áp suất khí ở bình 2.
C. gấp hai lần áp suất khí ở bình 2.
D. bằng một nửa áp suất khí ở bình 2.
Đáp án đúng là D
Gọi m1, V1 lần lượt là khối lượng và thể tích của khí ở bình 1
m2, V2 lần lượt là khối lượng và thể tích của khí ở bình 2
m01, m02 lần lượt là khối lượng một phân tử khí ở bình 1 và bình 2
Theo đề bài ta có: m1 = m2 = m; V1 = V2 = V; m01 = 2m02
Số phân tử khí chứa trong bình 1 là
Tính nhiệt độ của một khối khí để động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử khí đó bằng 1,0 eV. Lấy 1 eV = 1,6.10-19 J.
Wd=32RNAT⇒1.1,6.10−19=32.8,316,02.1023.T⇒T=7727,2 K
Xét khối khí chứa trong một bình kín, biết mật độ động năng phân tử (tổng động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử khí trong 1 m3 thể tích khí) có giá trị 10-4 J/m3. Tính áp suất của khí trong bình.
Mật độ động năng phân tử: ε=μWd=10−4
Áp suất khí: p=23μWd=23.10−4=6,67.10−5Pa
