WebLab STEM

Vật lý · 5. Nhiệt học và chất khí

Hạt, nhiệt độ, truyền nhiệt và chất khí

Giải thích hiện tượng nhiệt bằng chuyển động hạt và khảo sát quan hệ áp suất–thể tích.

40 phútPhiên bản nội dung: 2.1
Bắt đầu lộ trình tương tácMở thí nghiệm mô phỏng

Câu hỏi dẫn đường

Mô hình hạt giải thích nhiệt độ, áp suất và truyền nhiệt ra sao?

Phạm vi chương trình

GDPT 2018: nhiệt học; IGCSE: thermal physics.

Phạm vi và giới hạn mô hình

Định luật Boyle chỉ áp dụng gần đúng cho lượng khí cố định ở nhiệt độ không đổi và xa vùng hóa lỏng.

Mục tiêu học tập

  • Phân biệt nhiệt độ, nội năng và nhiệt lượng truyền.
  • Giải thích dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ.
  • Dùng pV = hằng số cho lượng khí cố định ở nhiệt độ không đổi.

Kiến thức cần biết trước

  • Mô hình hạt và đổi °C–K.
  • Tỉ lệ nghịch.

Kiến thức trọng tâm

Nhiệt độ

Với khí lý tưởng, nhiệt độ tuyệt đối tỉ lệ với động năng tịnh tiến trung bình của hạt; nói chung, nhiệt độ không phải tổng nội năng.

Áp suất khí

Va chạm của hạt với thành bình tạo lực trên một đơn vị diện tích.

Boyle

Nén chậm ở nhiệt độ không đổi làm số va chạm trên diện tích tăng: p ∝ 1/V.

Ví dụ mẫu có giải thích

Khí có p₁ = 100 kPa, V₁ = 60 cm³ được nén đẳng nhiệt đến V₂ = 40 cm³. p₂ = p₁V₁/V₂ = 150 kPa.

Ngộ nhận cần tránh

  • Nhiệt không phải là “chất” chứa sẵn; đó là năng lượng đang truyền do chênh lệch nhiệt độ.
  • pV không hằng số nếu nhiệt độ hoặc lượng khí thay đổi.

Quy trình thí nghiệm mô phỏng: Định luật Boyle

  1. Giữ nhiệt độ và lượng khí cố định.
  2. Thay V theo năm giá trị, chờ hệ ổn định rồi ghi p.
  3. Tính pV và vẽ p theo 1/V.

An toàn và lưu ý

  • Trong thí nghiệm thật không nén bình kín vượt giới hạn áp suất của thiết bị.

Bằng chứng cần thu thập

  • Bảng V, p, 1/V và pV có đơn vị.
  • Nhận xét pV có không đổi trong giới hạn số liệu hay không.
Mở thí nghiệm mô phỏng

Kiểm tra đầu vào

1. Nhiệt độ tuyệt đối đo bằng đơn vị nào?

  1. K
  2. °C
  3. J
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: K

Kelvin là đơn vị SI của nhiệt độ nhiệt động.

2. Áp suất khí bắt nguồn vi mô từ đâu?

  1. Va chạm hạt với thành bình
  2. Khối lượng biến mất
  3. Nhiệt tự sinh ra
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Va chạm hạt với thành bình

Các va chạm đổi động lượng và tạo lực lên thành.

3. Trong phép thử Boyle, biến nào phải giữ không đổi?

  1. Nhiệt độ
  2. Thể tích
  3. Áp suất
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Nhiệt độ

Quan hệ p–V chỉ được cô lập khi nhiệt độ không đổi.

Luyện tập vận dụng

1. Giảm V còn một nửa ở nhiệt độ không đổi thì p lý tưởng thế nào?

  1. Tăng gấp đôi
  2. Giảm một nửa
  3. Không đổi
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Tăng gấp đôi

pV không đổi nên p tỉ lệ nghịch V.

2. 20°C tương ứng gần bao nhiêu kelvin?

  1. 293 K
  2. 253 K
  3. 20 K
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: 293 K

T(K) = t(°C) + 273,15 ≈ 293 K.

3. Truyền nhiệt qua chân không chủ yếu bằng cơ chế nào?

  1. Bức xạ
  2. Đối lưu
  3. Dẫn nhiệt do va chạm hạt
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Bức xạ

Bức xạ điện từ không cần môi trường vật chất.

Nguồn kiểm tra chuyên môn

  1. OpenStax Physics — giáo trình Vật lý trung học đã bình duyệt
  2. BIPM — Hệ đơn vị quốc tế SI, ấn bản 9

Nội dung được duy trì theo các nguồn trích dẫn bên dưới. Mô phỏng là mô hình học tập và không thay thế quy trình an toàn của phòng thí nghiệm thực.

Đơn vị xuất bản nội dung
WebLab STEM
Phụ trách kỹ thuật
Đức Tiến — Kỹ sư Điều khiển và Tự động hóa