nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông chương chất khí

Nhờ các nguyên lýnày, không cần chú ý đến cấu tạo phân tử của vật ta cũng có thể rút ra nhiều kếtluận về tính chất của các vật trong những điều kiện khác nhau.[8] Nghiên cứu vật lý phân

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ -  -

NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ PHỔ THÔNG

Đề tài :

NGHIÊN CỨU KIẾN THỨC CHƯƠNG “CHẤT KHÍ”,

VẬT LÝ 10 THPT

Giảng viên giảng dạy Học viên

ĐẶNG QUANG HIỂN Lớp : LL &PPDH Vật lý- K24

MỤC LỤC

Trong phần cơ học ta đã nghiên cứu dạng chuyển động cơ, chủ yếu là sự thayđổi vị trí các vật vĩ mô trong không gian, chưa thật sự chú ý đến quá trình xảy rabên trong vật, liên quan đến cấu tạo vật Thực tế có nhiều hiện tượng liên quan đếncác quá trình xảy ra bên trong vật, ví dụ như quá trình nóng chảy, bốc hơi Những

dạng này liên quan đến một dạng chuyển động mới của vật chất đó là chuyển động

nhiệt Chuyển động nhiệt cũng chính là đối tượng nghiên cứu của nhiệt học.[8]

Để nghiên cứu chuyển động nhiệt người ta dùng hai phương pháp:

+ Phương pháp thống kê: ứng dụng trong vật lý phân tử

Mỗi chất đều được cấu tạo từ những phân tử và nguyên tử Phương phápthống kê phân tích các quá trình xảy ra đối với từng phân tử, nguyên tử riêng biệtrồi dựa vào các quy luật thống kê để tìm quy luật chung của cả tập hợp phân tử vàgiải thích các tính chất của vật Phương pháp thống kê dựa trên cấu tạo phân tử củacác chất, nó cho biết một cách sâu sắc bản chất của hiện tượng

+ Phương pháp nhiệt động: ứng dụng trong phần nhiệt động học

Nhiệt động học là ngành vật lý nghiên cứu điều kiện biến hóa năng lượng từdạng này sang dạng khác và nghiên cứu những biến đổi đó về mặt định lượng.Phương pháp nhiệt động dựa trên hai nguyên lý cơ bản rút ra từ thực nghiệm đó lànguyên lý thứ nhất và nguyên lý thứ hai của nhiệt động học Nhờ các nguyên lýnày, không cần chú ý đến cấu tạo phân tử của vật ta cũng có thể rút ra nhiều kếtluận về tính chất của các vật trong những điều kiện khác nhau.[8]

Nghiên cứu vật lý phân tử và nhiệt học tạo một bước chuyển mới trong hoạtđộng nhận thức của HS Theo trình tự phát triển nhận thức của con người đối vớithế giới tự nhiên, phần vật lí phân tử được đặt ngay sau phần cơ học Newton [2]

Chương “Chất khí” có thể coi là phần mở đầu của nhiệt học Chương này trìnhbày sơ lược về cấu trúc phân tử của chất khí, ba định luật và phương trình trạng tháicủa chất khí Ngoài ra chương này còn đề cập đến khái niệm khí lý tưởng và nhiệt độtuyệt đối

Việc nghiên cứu vật lí phân tử và nhiệt học nói chung và chương “Chất khí” nóiriêng sẽ giúp cho giáo viên nắm kiến thức sâu hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho côngtác giảng dạy ở trường THPT.

PHẦN NỘI DUNG

1 Sơ đồ kiến thức của chương

2 Nghiên cứunội dung kiến thức của chương

+ Khí lí tưởng gồm một số rất lớn các phân tử có kích thước rất nhỏ (so vớikhoảng cách trung bình giữa các phân tử), các phân tử chuyển động hỗn loạn khôngngừng.

+ Lực tương tác giữa các phân tử chỉ trừ lúc va chạm là đáng kể còn lại thì rấtnhỏ bé, có thể bỏ qua

+ Sự va chạm lẫn nhau giữa các phân tử khí hay va chạm giữa các phân tử khívới thành bình tuân theo qui luật va chạm đàn hồi (nghĩa là không hao hụt động năngcủa phân tử)

Không khí và các chất khí nói chung ở điều kiện bình thường về nhiệt độ và ápsuất đều có thể coi là khí lí tưởng Các chất khí ở áp suất cao và nhiệt độ cao không thểcoi là khí lí tưởng mà là khí thực

b Khí thực.

Đối với khí thực ở điều kiện bình thường, khoảng cách phân tử cỡ 3.10-9m

≈10r0, ở khoảng cách này lực tương tác gần như bằng không, còn thể tích riêng của cácphân tử vào khoảng 1/1000 thể tích khối khí Khi nén hoặc hạ nhiệt độ, thể tích khốikhí giảm; lúc đó các phân tử lại gần nhau và không thể bỏ qua lực tương tác giữachúng, đồng thời thể tích riêng của các phân tử cũng chiếm một phần đáng kể so vớithể tích toàn bộ và cũng không thể bỏ qua nó

Hai quả cầu ở hai đầu lò xo là hai phân tử, coi liên kết giữa hai phân tử như một

lò xo Khi bị dãn lò xo có xu hướng co lại do đó tổng hợp lực liên kết của hai phân tử

là lực hút Khi bị nén lò xo có xu hướng dãn ra nên tổng hợp lực liên kết phân tử là lựcđẩy

đổi trạng thái

a) Thông số trạng thái, phương trình trạng thái

Khi nghiên cứu một vật nếu thấy tính chất của nó thay đổi ta nói rằng trạng

thái của vật đã thay đổi Như vậy các tính chất của một vật biểu hiện trạng thái của

vật đó ta có thể dùng một tập hợp các tính chất để xác định trạng thái của một vật Mỗitính chất thường được đặc trưng bởi một đại lượng vật lý và như vậy trạng thái củamột vật được xác định bởi một tập hợp xác định các đại lượng vật lý Các đại lượng

vật lý này được gọi là thông số trạng thái

Trạng thái của một vật được xác định bởi nhiều thông số trạng thái Tuy nhiêntrong số đó chỉ có một số thông số độc lập với nhau, còn những số khác phụ thuộc vàothông số nói trên Những hệ thức giữa các thông số trạng thái của một vật gọi là những

phương trình trạng thái của vật đó.

Để biểu diễn trạng thái của một khối khí nhất định, người ta thường dùng bathông số trạng thái: thể tích V, áp suất p, nhiệt độ T của khối khí Thực nghiệm chứng

tỏ rằng trong ba thông số đó chỉ có hai thông số độc lập, nghĩa là giữa ba thông số cómột liên hệ được biểu diễn bơi một phương trình trạng thái có dạng tổng quát:

f(p, V, T)=0

Một khối khí có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác bằng các quátrình biến đổi trạng thái, gọi tắt là quá trình Trong hầu hết các quá trình tự nhiên, cả

ba thông số trạng thái đều thay đổi Tuy nhiên cũng có thể thực hiện các quá trìnhtrong đó chỉ có hai thông số biến đổi, còn một thông số không đổi Những quá trình

này được gọi là đẳng quá trình.

- Tor hay milimet thủy ngân (kí hiệu là tor hay mmHg) là áp suất gây nên bởi

N 1tor = 1mmHg = 133,322

m

Vậy:

5 2

N1atm = 760mmHg = 1,013.10 = 1,033at

m

5 2.1.5 Nhiệt độ

Nhiệt độ là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ chuyển động hỗn loạn phân

tử của các vật Theo quan điểm của thuyết động học phân tử, nhiệt độ có liên quan mậtthiết với năng lượng chuyển động tịnh tiến của các phân tử đó chính là động năng

trung bình của chuyển động tịnh tiến Đối với khí lí tưởng, ta qui ước nhiệt độ θ đượcxác định như sau:

d

2

θ = W 3Vậy nếu các phân tử chuyển động càng nhanh (hoặc càng chậm) thì động năngtrung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử càng lớn (hoặc càng nhỏ) và do đónhiệt độ của vật càng cao (hoặc càng thấp) Nhiệt độ cũng như động năng trung bìnhcủa chuyển động tịnh tiến của phân tử là đại lượng liên quan chặt chẽ tới mức độnhanh hay chậm của chuyển động hỗn loạn của các phân tử

Theo quan điểm của thuyết động học phân tử, nhiệt độlà đại lượng vật lý đặctrưng cho tính chất vĩ mô của vật, thể hiện mức độ nhanh hay chậm của chuyển độnghỗn loạn của các phân tử cấu tạo nên vật đó

Như vậy đơn vị của nhiệt độ sẽ là (J) nhưng trong thực tế việc đo trực tiếp độngnăng trung bình của chuyển động nhiệt rất khó, hơn nữa vì lí do lịch sử, trước khithuyết động học phân tử ra đời người ta vẫn quen dùng đơn vị của nhiệt độ là “độ” Vìvậy, để đo nhiệt độ bằng độ phải đưa thêm vào công thức trên một hệ số chuyển đơn vị

là hằng số Bôn-dơ-man k=1,38.10J/độ Khi đó:

d

2

θ = W = kT 3

Để xác định được nhiệt độ, người ta sử dụng nhiệt biểu Nguyên tắc của nhiệtbiểu là dựa vào độ biến thiên của một đại lượng nào đấy (chiều dài, thể tích, độ dẫnđiện ) khi đốt nóng hoặc làm lạnh rồi suy ra nhiệt độ tương ứng

Nhiệt biểu thường dùng là nhiệt kế thủy ngân Trong nhiệt biểu này nhiệt độđược xác định bởi thể tích một khối thủy ngân nhất định.

Vấn đề cơ bản của việc chế tạo nhiệt biểu là xây dựng các thang đo Người tađưa ra nhiều loại thang đo khác nhau nhưng bốn thang đo thường được quan tâm nhiềunhất là thang đo của nhà bác học Celsius, Kelvin, Farenheit, và Réaumur

+ Nhiệt giai Celsius (nhiệt giai bách phân), kí hiệu làoC Trong nhiệt giai này,người ta chọn điểm tan của nước đá và điểm sôi của nước (ở áp suất 1 atm) là 0oC và100oC Trong khoảng này, chia làm 100 phần đều nhau, mỗi phần gọi là 1oC

+ Nhiệt giai Fahrenheit: kí hiệu làoF Trong nhiệt giai này, người ta chọn điểmtan của nước đá và điểm sôi của nước (ở áp suất 1 atm) là 32oF và 212oF Trongkhoảng này chia làm 180 phần đều nhau, mỗi phần là 1oF Ta có hệ thức liên hệ giữanhiệt giai Celsius và nhiệt giai Fahrenheit:

Ta có hệ thức liên hệ giữa nhiệt giai Kelvin và nhiệt giai bách phân là:

T = toC + 273,15

Với định nghĩa trên, khi T = 0 thì Wđ = 0 Điều này chứng tỏ trên thực tế khôngbao giờ đạt đến không độ kelvin, vì muốn vậy, các phân tử khí phải đứng yên, khôngcòn chuyển động nhiệt hỗn loạn nữa - mâu thuẫn với thuyết động học phân tử Chính

vì vậy 0 (K) được gọi là độ không tuyệt đối và nhiệt giai Kelvin còn gọi là nhiệt giai

tuyệt đối

Biểu thức chuyển từ thang chia độ này sang thang chia độ khác:

Tuy nhiên đây chỉ là những thang đo thực nghiệm, muốn chính xác ta phải dựavào nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học và thuyết động học phân tử Để thiết lậpthang đo nhiệt độ nhiệt động lực học cần chọn hai điểm: điểm không tuyệt đối là nhiệt

độ mà khi ấy nhiệt lượng truyền cho nguồn lạnh bằng không tức là toàn bộ nhiệt lượngcủa nguồn nóng đều được chuyển hóa thành công hữu ích Còn điểm thứ hai chính làđiểm ba của nước Nhiệt độ đó được coi là 2730C (thật ra là 273,160C)

 Tóm lại, tính chất của nhiệt độ đó là:

+ Nếu hai hệ có nhiệt độ T1 và T2 bằng nhau khi tiếp xúc, hai hệ đó vẫn ở trongtrạng thái cân bằng nhiệt

+ Nếu T1> T2 thì trạng thái của hai hệ có nhiệt độ T sao cho T1>T> T2

+ Không có nhiệt độ âm tuyệt đối T=0K (vì muốn vậy, các phân tử khí phảiđứng yên, không còn chuyển động nhiệt hỗn loạn nữa, điều này mâu thuẫn với thuyếtđộng học phân tử)

+ Nhiệt lượng là hàm của trạng thái và thường sử dụng thang nhiệt độ Celsius(thang bách phân) và thang nhiệt độ Kelvin (thang nhiệt độ tuyệt đối) Mỗi độ chia củathang tuyệt đối bằng độ chia của thang bách phân nhưng độ không của thang tuyệt đốithì ứng với -2730C (thật ra là -273,160C)

a Lượng chất và mol

Lượng chất là một trong 7 đại lượng vật lí cơ bản của hệ thống đo lường quốc tế(SI) Lượng chất chứa trong một vật được xác định theo số phân tử hay nguyên tửchứa trong vật ấy Lượng chất được đo bằng mol

1mol là lượng chất trong đó có chứa một số phân tử hay nguyên tử bằng sốnguyên tử chứa trong 12g cacbon 12 Mol của chất nào đó là lượng chất của 6,02.1023

hạt (nguyên tử, phân tử) chất đó

b Số Avôgađrô

Số 6,02.1023hạt chứa trong 1 mol chất gọi là số Avôgađrô và được kí hiệu là:

NA = 6,02.1023 mol –1

Đó là số nguyên tử trong 12 gam cacbon, được lấy làm chuẩn về lượng chất

Ý nghĩa: Việc tìm ra số Avôgađrô đã cho phép xác định được khối lượng của

từng loại nguyên tử, phân tử Như vậy là nguyên tử, phân tử từ chỗ là sản phẩm đơnthuần của trí tưởng tượng đã dần dần trở thành một thực thể vật lý

c Thể tích mol

Thể tích mol của một chất được đo bằng thể tích của 1 mol chất ấy Ở điều kiệnchuẩn (00C, 1atm) thể tích mol của mọi chất khí đều bằng 22,4lít/mol

2.2 Thuyết động học phân tử

a Cơ sở kinh nghiệm

Thuyết động học phân tử (ban đầu là thuyết cấu tạo chất) là một trong nhữngthuyết vật lí ra đời sớm nhất Đó là kết quả của cuộc đấu tranh kéo dài nhiều thế kỉgiữa những quan niệm đối lập về bản chất của nhiệt và là sự kế thừa những quan niệm

cổ đại nhất về cấu tạo chất Theo quan niệm của Demokritos thì vật chất được cấu tạomột cách gián đoạn từ các hạt, trong khi đó một trường phái khác cho rằng vật chấtđược cấu tạo một cách liên tục từ một số chất cơ bản Giả thuyết cho rằng nhiệt cóđược là do chuyển động của các hạt vật chất ra đời trước giả thuyết về “chất nhiệt” và

được các nhà bác học Hooke, Boyle, Newton, Lomonosov ủng hộ Bên cạnh đó,những thành tựu nguyên tử luận trong hóa học đã góp phần quan trọng đến sự ra đờicủa thuyết động học phân tử Cùng với đó là sự ra đời của số Avogadro cho phép xácđịnh được khối lượng của từng nguyên tử Như vậy, nguyên tử từ chỗ là sản phẩm đơnthuần của trí tưởng tượng của con người đã dần dần trở thành một thực thể vật lí Đóchính là một trong những động lực quan trọng quyết định sự ra đời của thuyết độnghọc phân tử [1]

b Cơ sở thực nghiệm

Các định luật thực nghiệm về chất khí của Boyle, Mariot, Gay-Lussac vàCharles có quan hệ trực tiếp đến sự ra đời của thuyết động học phân tử Năm 1834Clapeyron đã biểu diễn phương trình trạng thái của chất khí thành một công thức tổngquát pV = nRT Ngoài ra còn có những cơ sở thực nghiệm quan trọng khác nữa đó là

sự phát hiện ra chuyển động Brown, hiện tượng khuếch tán của Loschmidt

c Các mô hình đầu tiên

- Mô hình tĩnh học chất khí của Boyle là mô hình được đưa ra đầu tiên Theoông thì chất khí do các hạt vật chất hình cầu rất nhỏ tạo thành và có tính chất đàn hồinhư cao su

- Mô hình động học chất khí được Bernouli đưa ra năm 1734 cho rằng chất khíđược cấu tạo bởi những hạt vật chất chuyển động hỗn loạn và không ngừng Mô hìnhcủa ông đã giải thích thành công nguyên nhân gây ra áp suất và giải thích được địnhluật thực nghiệm Bôilơ-Mariôt

a Quan điểm cơ bản của thuyết động học phân tử

Tư tưởng cơ bản của thuyết là tư tưởng cơ học của Newton Theo Newton vậtchất cấu tạo bởi các hạt nằm trong chân không và giũa chúng có tương tác với nhau.Trong suốt ba thế kỉ XVII, XVIII, XIX, quan điểm này giữ vai trò thống trị và chi phối

sự hình thành, phát triển của thuyết động học phân tử

Thuyết động học phân tử về thực chất có thể coi là sự vận dụng tư tưởng của

cơ học Newton vào thế giới vi mô Các quan điểm cơ bản của thuyết là:

- Vật chất được cấu tạo từ các hạt rất nhỏ gọi là phân tử

- Các phân tử chuyển động hỗn loạn và không ngừng

- Các phân tử tương tác với nhau bằng lực hút và lực đẩy

- Chuyển động và tương tác của các phân tử tuân theo định luật cơ học củaNewton

b Các định luật và phương trình cơ bản

Hành vi của từng phân tử tuân theo các định luật Newton và các định bảo toàn,nhưng toàn bộ hệ thì tuân theo quy luật thống kê

Phương trình cơ bản là

Trong đó p là áp suất chất khí, n là mật độ phân tử khí, là động năng trung

bình của phân tử khí

Phương trình này cho thấy mối quan hệ giữa các đại lượng vĩ mô và vi mô, thực

sự vạch rõ cơ chế vi mô của áp suất và phản ánh một cách tường minh các quan điểm

cơ bản của thuyết động học phân tử

c Hệ quả của thuyết

Sự phát triển của thuyết động học phân tử gắn liền với sự phát triển của vật lýthống kê qua 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Phát triển của thuyết động học phân tử và phối hợp nó với nhiệtđộng lực học mang tính chất hiện tượng luận vào cuối thế kỉ XIX đầu thế kỉ XX liênquan đến các công trình của Clausius, Maxwell và Boltzmann

d

2

p = nW3

d

W

- Giai đoạn 2: Phát triển vật lí thống kê, dùng nó để giải thích giá trị của các đạilượng quan sát được trong thí nghiệm Đây là thời kì thành lập nhiệt động lực họcthống kê liên quan tới những công trình của Gibbs, Bose và Einstein.

- Giai đoạn 3: Xây dựng và phát triển thống kê lượng tử liên quan tới các côngtrình của Einstein, Pauli, Fermi, Dirac

Trong 3 giai đoạn trên thì giai đoạn đầu tiên có quan hệ trực tiếp với thuyếtđộng học phân tử hiểu theo nghĩa nguyên thủy của nó Những hệ quả có được từthuyết động học phân tử có thể nêu một cách vắn tắt là:

- Vạch rõ bản chất của nhiệt: Thực vậy, từ phương trình cơ bản

phối hợp với phương trình trạng thái ta suy ra Trong đó

n là mật độ chất khí và là hằng số Boltzmann Công thức trên cho thấy ý

nghĩa của nhiệt độ tuyệt đối

- Định luật phân bố phân tử theo vận tốc của Maxwell

- Định luật phân bố phân tử theo chiều cao của Boltzmann

- Bản chất của nguyên lí thứ hai của nhiệt động lực học

d Thiếu sót của thuyết

Thuyết động học phân tử không những giải thích được các hiện tượng nhiệt củacác chất như: khuếch tán, truyền nhiệt, dẫn nhiệt, bay hơi, ngưng tụ, , mà còn là cơ

d

2

p = nW3

V

R

k = N

sởđể nghiên cứu về các quá trình biến đổi trạng thái khí Tuy nhiên thuyết động họcphân tử cũng có những mặt hạn chế:

+ Nguyên tử luận của thuyết động học phân tử là nguyên tử luận siêu hình.Thuyết động học phân tử quan niệm phân tử là hạt “cơ bản” cuối cùng của vật chấtkhông có cấu trúc bên trong

+ Thiếu sót nghiêm trọng nữa là đã sử dụng các quy luật của cơ học cổ điển vàothế giới vi mô

2.3 Thuyết động học phân tử chất khí

Vật chất ở điều kiện bình thường tồn tại ở ba thể rắn, lỏng, khí Chất khí cónhững đặc điểm giống với chất rắn và chất lỏng, tuy nhiên nó cũng có những đặc điểmkhác biệt Vì vậy dựa trên thuyết động học phân tử và mô hình khí lí tưởng người tađưa ra thuyết động học phân tử chất khí Nội dung của thuyết như sau:

- Chất khí bao gồm các phân tử.Kích thước phân tử là nhỏ Trong phần lớn cáctrường hợp có thể bỏ qua kích thước ấy và coi mỗi phân tử như mỗi chất điểm

- Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng Nhiệt độ càng cao thì vậntốc chuyển động hỗn loạn càng lớn Chuyển động hỗn loạn của phân tử gọi là chuyểnđộng nhiệt Do phân tử chuyển động hỗn loạn, tại mỗi thời điểm, hướng của vận tốcphân tử phân bố đều (theo mọi phương như nhau) trong không gian

- Khi chuyển động, mỗi phân tử va chạm với các phân tử khác và với thànhbình Khi không va chạm, các phân tử gần như tự do và chuyển động thẳng đều Khiphân tử này va chạm với các phân tử khác thì cả hai phân tử tương tác,làm thay đổiphương chuyển động và vận tốc của từng phân tử Khi va chạm với thành bình,phân tử

bị phản xạ và truyền động lượng cho thành bình Rất nhiều phân tử va chạm với thànhbình tạo nên một lực đẩy vào thành bình Lực này tạo nên áp suất lên thành bình

2.4 Các định luật thực nghiệm về chất khí

Nghiên cứu tính chất của các chất khí bằng thực nghiệm người ta đã tìm ra cácđịnh luật nêu lên sự liên hệ giữa hai trong ba thông số áp suất, thể tích và nhiệt độ Cụ

Edme Mariotte1620-1684

Robert Boyle

1627-1691

thể người ta xét các quá trình biến đổi trạng thái của một khối khí trong đó một thông

số có giá trị được giữ không đổi; đó là các quá trình:

+ Đẳng nhiệt: nhiệt độ không đổi

+ Đẳng tích: thể tích không đổi

+ Đẳng áp: áp suất không đổi

Từ năm 1659, Rôbơt Bôilơ đã tiến hành nhiều thí nghiệm về tính chất của chấtkhí, qua đó ông đã phát hiện ra ở nhiệt độ không đổi thì áp suất và thể tích tỉ lệ nghịchvới nhau và công bố nó vào năm 1662

Độc lập với Bôilơ thì có Mariôt cũng tìm thấy mối liên hệ tương tự vào năm

1676 Vì vậy, định luật này có tên là định luật Bôilơ hay định luật Bôilơ - Mariôt

khối khí xác định, thể tích tỉ lệ nghịch với áp suất hay nói cách khác tích số của thểtích và áp suất của khối khí là một hằng số[4] hay pV = const

Đối với một khối khí nhất định, giá trị của hằng số (const) ở trên phụ thuộc vàonhiệt độ của khối khí đó

1pV:

Họ các đường đẳng nhiệt

Sự tỉ lệ nghịch của p vàV khi T không đổiĐường biểu diễn sự biến thiên của thể tích theo áp suất khi nhiệt độ không đổigọi là đường đẳng nhiệt Trong hệ toạ độ pOV thì đường này là đường hybebol Ứngvới các nhiệt độ khác nhau ta được các đường đẳng nhiệt khác nhau Nhiệt độ càng caođường đẳng nhiệt càng xa điểm gốc Tập hợp các đường đẳng nhiệt gọi là họ đườngđẳng nhiệt

Định luật Bôilơ - Mariôt là định luật gần đúng, nó chỉ khá chính xác với đa sốchất khí ở nhiệt độ gần với nhiệt độ phòng và không chịu áp suất quá cao so với ápsuất khí quyển

Để hiểu rõ bản chất vật lý của định luật Bôilơ - Mariôt, ta sẽ giải thích định luậtnày một cách định tính theo thuyết động học phân tử

Như ta đã biết, nguyên nhân của áp suất chất khí là do sự va chạm của phân tửkhí lên thành bình đựng nó Độ lớn của áp suất phụ thuộc vào hai yếu tố

Jacques Charles 1746-1823

- Số va chạm của các phân tử khí lên mỗi đơn vị diện tích của thành bình Số vachạm này phụ thuộc vào mật độ phân tử khí lên thành bình (với một lượng khí xácđịnh mật độ này phụ thuộc vào thể tích), mật độ càng lớn (hoặc càng nhỏ) thì số vachạm càng lớn (hoặc càng nhỏ) Ngoài ra thì số va chạm này còn phụ thuộc vào vậntốc các phân tử tức là phụ thuộc vào nhiệt độ chất khí Nhiệt độ càng cao (hoặc càngthấp) thì các phân tử chuyển động càng nhanh (hoặc càng chậm) do đó số va chạm nàycàng tăng lên (hoặc càng giảm đi)

- Cường độ va chạm của các phân tử chất khí lên thành bình Cường độ vachạm này phụ thuộc vào vận tốc các phân tử, tức là phụ thuộc vào nhiệt độ chất khí.Nhiệt độ càng lớn các phân tử chuyển động càng nhanh, do đó chúng va chạm vàothành bình càng mạnh và ngược lại

Trong trường hợp định luật Bôilơ - Mariot nhiệt độ chất khí được giữ khôngđổi, do đó cường độ va chạm của phân tử khí lên thành bình không đổi Vậy ở đây,khi áp suất tăng có nghĩa là số va chạm của các phân tử khí lên mỗi đơn vị diện tíchcủa thành bình phải tăng (tính trong một khoảng thời gian xác định) Điều này chỉ thựchiện được với sự tăng mật độ phân tử khí Với một khối lượng khí xác định, số phân tửkhí trong đó là xác định, muốn tăng mật độ phân tử khí thì bắt buộc phải giảm thể tích

V Giải thích tương tự thì nếu p giảm thì V tăng

Sau nhiều lần thí nghiệm với nhiều chất khí khác nhau,

Sáclơ đi đến kết luận:

Với một lượng khí có thể tích không đổi thì áp suất p phụthuộc vào nhiệt độ t của khí như sau:

p=p 0 (1+γt)

γ có giá trị như nhau đối vói mọi chất khí, mọi nhiệt độ và bằng 1/273 độ -1

γ được gọi là hệ số tăng áp đẳng tích

Trong nhiệt giai Ken-vin, công thức của định luật Saclơ trở nên đơn giản hơn