Giải Câu hỏi trang 7 SGK Vật lí 12

Lời giải

Giải thích dựa trên cấu tạo chất (mô hình động học phân tử — Vật lí 12 KNTT)

1. Những điều đã biết về cấu tạo chất

Mọi chất đều được cấu tạo từ các hạt (phân tử, nguyên tử) rất nhỏ, giữa chúng có khoảng cách. Ở các hạt này đồng thời tồn tại hai yếu tố có tác dụng ngược nhau:

- Lực tương tác phân tử (gồm lực hút và lực đẩy), có xu hướng giữ các hạt ở gần nhau, quanh những vị trí cân bằng xác định. Ứng với lực này là thế năng tương tác $W_t$.
- Chuyển động nhiệt hỗn loạn không ngừng của các hạt, có xu hướng làm các hạt tách xa nhau; nhiệt độ càng cao thì chuyển động này càng mạnh. Ứng với nó là động năng chuyển động nhiệt $W_đ$ (với $W_đ$ tỉ lệ thuận với nhiệt độ).

Thể tồn tại của chất được quyết định bởi sự cạnh tranh giữa $W_t$ và $W_đ$, tức giữa lực tương tác phân tử và chuyển động nhiệt. Khi thay đổi nhiệt độ (hoặc áp suất), tương quan này thay đổi nên cùng một chất chuyển từ thể này sang thể khác, trong khi bản thân các phân tử của chất không hề thay đổi.

2. Giải thích từng thể

a) Thể rắn

Ở nhiệt độ thấp, động năng chuyển động nhiệt nhỏ hơn nhiều thế năng tương tác: $W_đ \ll W_t$. Lực tương tác phân tử rất mạnh, các hạt ở rất gần nhau, sắp xếp có trật tự và chỉ dao động quanh những vị trí cân bằng cố định. Vì vậy vật rắn có thể tích và hình dạng riêng xác định.

b) Thể lỏng

Khi nung nóng, động năng chuyển động nhiệt tăng, xấp xỉ thế năng tương tác: $W_đ \approx W_t$. Các hạt ở xa nhau hơn, lực tương tác yếu đi, không còn đủ giữ hạt ở vị trí cố định nên vị trí cân bằng của các hạt luôn thay đổi (các hạt có thể trượt lên nhau) nhưng vẫn ở gần nhau. Vì vậy chất lỏng có thể tích riêng xác định nhưng không có hình dạng riêng, mang hình dạng của phần bình chứa.

c) Thể khí

Khi nhiệt độ rất cao, động năng chuyển động nhiệt lớn hơn nhiều thế năng tương tác: $W_đ \gg W_t$. Các hạt ở rất xa nhau (khoảng cách lớn hơn nhiều lần kích thước phân tử), lực tương tác hầu như không đáng kể (trừ lúc va chạm), nên các hạt chuyển động hỗn loạn, tự do về mọi phía và chiếm toàn bộ thể tích bình chứa. Vì vậy chất khí không có thể tích riêng và không có hình dạng riêng, dễ bị nén.

3. Kết luận

Cùng một chất (cùng loại phân tử, cùng lực tương tác) nhưng ở các nhiệt độ (hoặc áp suất) khác nhau thì tương quan giữa chuyển động nhiệt và lực tương tác phân tử — hay giữa $W_đ$ và $W_t$ — thay đổi, làm thay đổi khoảng cách, cách sắp xếp và cách chuyển động của các phân tử. Nhờ đó cùng một chất có thể tồn tại ở ba thể rắn, lỏng, khí.

Đáp số