Giải Vật lí 12 Bài 1 (Kết nối tri thức): Cấu trúc của chất. Sự chuyển thể

Hoạt động 1 trang 8 Vật lí 12: Hãy dựa và đồ thị ở Hình 1.5 để mô tả sự thay đổi nhiệt độ của nước khi đun từ 20°C tới khi sôi.

Lời giải:

Nhiệt độ của nước tăng dần từ 20℃ - 100℃ và không tăng khi đã đạt 100℃

Hoạt động 2 trang 8 Vật lí 12: Khi nước đang sôi thì năng lượng mà nước nhận được từ nguồn nhiệt có được chuyển hóa thành động năng của các phần tử nước không? Tại sao?

Lời giải:

Khi nước đang sôi, năng lượng từ nguồn nhiệt được chuyển hóa thành năng lượng cần thiết để vượt qua sức hấp dẫn giữa các phân tử nước và chuyển chúng từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi. Trong quá trình này, năng lượng không chỉ được sử dụng để tạo ra động năng của các phân tử nước (tức là, để "nổ lên" khỏi bề mặt nước), mà còn để làm thay đổi trạng thái từ nước lỏng thành hơi

Khi nước ở nhiệt độ sôi, mỗi phân tử nước cần một lượng năng lượng nhất định để vượt qua sức hấp dẫn của các phân tử lân cận và rời khỏi bề mặt nước. Sự cung cấp năng lượng từ nguồn nhiệt làm tăng động năng của các phân tử nước, giúp chúng vượt qua ngưỡng cần thiết để bay hơi. Khi chúng bay hơi, năng lượng của chúng giúp làm tăng động năng của các phân tử hơi

Vì vậy, trong quá trình nước đang sôi, năng lượng từ nguồn nhiệt được chuyển đổi thành năng lượng cần thiết để vượt qua sức hấp dẫn giữa các phân tử nước và cung cấp động năng cho các phân tử nước thoát ra khỏi bề mặt nước

Hoạt động 1 trang 9 Vật lí 12: Tại sao chất rắn kết tinh khi được đun nóng có thể chuyển thành chất lỏng?

Lời giải:

Khi một chất rắn được đun nóng đến một nhiệt độ nhất định gọi là nhiệt độ nóng chảy, năng lượng nhiệt được cung cấp có thể vượt qua năng lượng cần thiết để vượt qua lực liên phân tử giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể của chất rắn. Khi điều này xảy ra, các phân tử trong chất rắn bắt đầu di chuyển với độ tự do hơn, làm cho cấu trúc tinh thể bị phá vỡ và chất rắn chuyển thành chất lỏng

Quá trình này được gọi là quá trình nóng chảy. Trong quá trình nóng chảy, một phần năng lượng nhiệt được sử dụng để vượt qua lực liên phân tử, còn phần khác được sử dụng để tạo ra động năng cho các phân tử trong chất rắn, làm cho chúng có thể di chuyển độc lập và tự do hơn

Khi nhiệt độ tiếp tục tăng, chất lỏng có thể tiếp tục hấp thụ nhiệt độ và chuyển thành dạng hơi trong quá trình gọi là sự bay hơi

Hoạt động 2 trang 9 Vật lí 12: a) Hãy dựa vào Hình 1.7 để mô tả quá trình nóng chày cùa chất kết tinh.

b) Giải thích tại sao khi đang nóng chảy, nhiệt độ của chất rắn kết tinh không tăng dù vẫn nhận được nhiệt năng. Năng lượng mà chất rắn kết tinh nhân được lúc này dùng để làm gì?

Lời giải:

a) Nhiệt độ của chất rắn kết tinh tăng đến nhiệt độ nóng chảy và ổn định khi đang nóng chảy rồi tiếp tục tăng khi chất rắn nóng chảy hoàn toàn

b) Khi một chất rắn kết tinh đang ở trạng thái nóng chảy, nghĩa là nó đang nhận được nhiệt năng từ môi trường xung quanh. Tuy nhiên, trong quá trình này, nhiệt độ của chất rắn không tăng lên. Điều này xảy ra vì nhiệt năng không được dùng để tăng nhiệt độ, mà thay vào đó được sử dụng để phá vỡ liên kết giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể của chất rắn

Khi một chất rắn kết tinh được nung nóng, năng lượng nhiệt được cung cấp giúp vượt qua lực liên phân tử giữa các phân tử, làm cho chúng có thể di chuyển dễ dàng hơn và phá vỡ cấu trúc tinh thể. Trong quá trình này, một phần của nhiệt năng được sử dụng để vượt qua lực liên phân tử và làm tan chất rắn, trong khi phần khác được sử dụng để cung cấp động năng cho các phân tử, giúp chúng di chuyển tự do hơn.

Do đó, trong quá trình nóng chảy, nhiệt độ của chất rắn không tăng lên mà thay vào đó, năng lượng được sử dụng để phá vỡ cấu trúc tinh thể và cung cấp động năng cho các phân tử.

Lý thuyết Vật lí 12 Bài 1: Cấu trúc của chất. Sự chuyển thể

I. Mô hình động học phân tử về cấu tạo chất

Mô hình động học phân tử gồm các nội dung cơ bản:

- Vật chất được cấu tạo bởi một số lượng lớn các hạt có kích thước rất nhỏ gọi là phân tử. Các hạt bao gồm (phân tử, nguyên tử, ion).

- Các phân tử chuyển động không ngừng (hình 1). Nhiệt độ của vật càng cao thì tốc độ chuyển động của các phân tử cấu tạo nên vật càng lớn.

- Giữa các phân tử có lực hút và đẩy gọi chung là lực liên kết phân tử.

II. Cấu trúc của chất rắn, chất lỏng và chất khí

Vật chất thường tồn tại ở ba trạng thái cơ bản là: thể rắn, thể lỏng và thể khí.

- Ở thể rắn các phân tử rất gần nhau và chúng được sắp xếp theo một trật tự hình học xác định. Lực tương tác giữa các phân tử rất mạnh, giữ cho chúng không di chuyển tự do mà chỉ có thể dao động quanh vị trí cân bằng xác định. Do đó, chất rắn kết tinh luôn có thể tích và hình dạng riêng xác định.

- Ở thể lỏng, các phân tử ở xa nhau hơn so với các phân tử trong chất rắn. Lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng nhỏ hơn trong chất rắn nên giữ cho các phân tử không bị phân tán ra xa nhau, do đó chất lỏng có thể tích riêng xác định. Tuy nhiên lực tương tác này chưa đủ lớn nên các phân tử ở thể lỏng cũng dao động quanh vị trí cân bằng nhưng các vị trí cân bằng này không cố định mà luôn luôn thay đổi. Do đó, khối chất lỏng rất khó bị nén, nó có thể tích xác định nhưng không có hình dạng riêng mà có hình dạng của phần bình chứa nó.

- Ở thể khí, các phân tử ở xa nhau hơn so với các phân tử trong chất lỏng. Khoảng cách giữa các phân tử rất lớn so với kích thước của chúng nên lực tương tác giữa các phân tử rất yếu (trừ khi va chạm nhau), nên các phân tử chuyển động hoàn toàn hỗn loạn. Do đó, khối chất khí không có hình dạng và thể tích riêng mà nó có hình dạng và thể tích của bình chứa nó và có thể nén được dễ dàng.

III. Sự chuyển thể

1. Sự chuyển thể

Các chất có thể chuyển từ thể này sang thể khác. Đa số các chất ở thể rắn khi nóng lên có thể chuyển sang thể lỏng, rồi từ thể lỏng sang thể khí. Ngược lại, đa số chất khí khi lạnh đi có thể chuyển sang thể lỏng, rồi từ thể lỏng sang thể rắn. Một số chất có thể chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể khí và ngược lại.

2. Dùng mô hình động học phân tử giải thích sự chuyển thể

Quá trình chuyển từ thể rắn sang thể lỏng của các chất gọi là sự nóng chảy.

Sự hoá hơi là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí. Sự hoá hơi thể hiện qua hai hình thức đó là sự bay hơi và sự sôi.

Sự hoá hơi xảy ra trên bề mặt chất lỏng gọi là sự bay hơi. Sự bay hơi xảy ra ở nhiệt độ bất kì và luôn kèm theo sự ngưng tụ.

Tốc độ bay hơi của chất lỏng càng nhanh nếu diện tích mặt thoáng càng lớn, tốc độ gió càng lớn, nhiệt độ càng cao, và độ ẩm không khí càng thấp.

Sự hoá hơi xảy ra ở bên trong và trên bề mặt chất lỏng gọi là sự sôi. Sự sôi xảy ra ở nhiệt độ sôi.

Nhiệt độ sôi của chất lỏng phụ thuộc áp suất khí trên mặt thoáng và bản chất của chất lỏng. Trong suốt thời gian sôi, nhiệt độ chất lỏng không thay đổi.

Sơ đồ tư duy Cấu trúc của chất. Sự chuyển thể

Xem thêm lời giải bài tập Vật Lí lớp 12 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 2: Nội năng. Định luật I của nhiệt động lực học

Bài 3: Nhiệt độ. Thang nhiệt độ - Nhiệt kế

Bài 4: Nhiệt dung riêng

Bài 5: Nhiệt nóng chảy riêng

Bài 6: Nhiệt hóa hơi riêng