Giải SGK Vật lý 12 CTST Bài 1. Sự chuyển thể có đáp án

Hình 1.1: Quá trình chuyển từ thể rắn sang thể lỏng.

Hình 1.2: Quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí.

Các quá trình chuyển thể này tuân theo mô hình động học phân tử:

– Vật chất được cấu tạo bởi một số rất lớn những hạt có kích thước rất nhỏ gọi là phân tử. Giữa các phân tử có khoảng cách.

– Các phân tử chuyển động không ngừng, gọi là chuyển động nhiệt. Các phân tử chuyển động nhiệt càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao.

– Giữa các phân tử có các lực tương tác (hút và đẩy).

- Ở thể khí, các phân tử ở xa nhau (khoảng cách giữa các phân tử lớn gấp hàng chục lần kích thước của chúng). Lực tương tác giữa các phân tử rất yếu nên các phân tử chuyển động hoàn toàn hỗn loạn. Do đó, chất khí không có hình dạng và thể tích riêng. Chất khí luôn chiếm toàn bộ thể tích của bình chứa và có thể nén được dễ dàng.

- Ở thể rắn, các phân tử ở gần nhau (khoảng cách giữa các phân tử chỉ vào cỡ kích thước của chúng). Lực tương tác giữa các phân tử chất rắn rất mạnh nên giữ được các phân tử này ở các vị trí xác định và làm cho chúng chỉ có thể dao động xung quanh các vị trí cân bằng xác định này. Do đó, các vật rắn có thể tích và hình dạng riêng xác định, rất khó nén.

- Ở thể lỏng, lực tương tác giữa các phân tử ở thể lỏng lớn hơn lực tương tác giữa các phân tử ở thể khí nên giữ được các phân tử không chuyển động phân tán ra xa nhau. Nhờ đó, chất lỏng có thể tích riêng xác định. Tuy nhiên, lực này chưa đủ lớn như trong chất rắn để giữ các phân tử ở những vị trí xác định. Các phân tử ở thể lỏng cũng dao động xung quanh các vị trí cân bằng, nhưng những vị trí này không cố định mà di chuyển. Do đó chất lỏng không có hình dạng riêng mà có hình dạng của phần bình chứa nó.

Các phân tử khí nước hoa chuyển động hỗn loạn không ngừng trong không khí, chúng khuếch tán dần trong không khí một cách nhanh chóng, cho nên một lúc sau người trong phòng có thể ngửi thấy mùi nước hoa.

Các quá trình chuyển thể qua lại giữa các thể (rắn, lỏng, khí) của vật chất:

- Quá trình nóng chảy: chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng do tăng nhiệt độ.

- Quá trình đông đặc: chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn do giảm nhiệt độ.

- Quá trình sôi: chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí do tăng nhiệt độ ở áp suất cố định.

- Quá trình hóa hơi: chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi.

- Quá trình ngưng tụ: chuyển từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng do giảm nhiệt độ.

Ví dụ:

- Vào mùa hè, sau cơn mưa vào giữa trưa, trên mặt đường xuất hiện những vũng nước, khi có ánh nắng mặt trời, những vũng nước mưa này sẽ bốc hơi nhanh chóng.

- Ngược lại khi lượng hơi nước bốc lên từ sông, hồ, ao, suối… ngưng tụ lại, gặp điều kiện thích hợp về nhiệt độ, áp suất, … sẽ tạo thành mưa.

Khi các chất nóng chảy, các phân tử cấu tạo nên chất không còn giữ được sự sắp xếp trật tự, sự sắp xếp đó bị phá vỡ, các phân tử bắt đầu chuyển động có sự hỗn loạn hơn quanh một vị trí cân bằng, nhưng vị trí cân bằng đó thay đổi, nên khi đó chúng chuyển dần từ thể rắn sang thể lỏng.

- Mô tả quá trình nóng chảy của nước đá: Khi nước đá (đá lạnh) được đặt ở nhiệt độ phòng, các phân tử nước trong đá đang tồn tại ở trạng thái rắn, và chúng tạo thành mạng tinh thể cứng. Khi nhiệt độ tăng lên, đến điểm nhiệt độ nóng chảy (0°C ở áp suất tiêu chuẩn), nước đá bắt đầu chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng. Trong quá trình nóng chảy, các liên kết giữa phân tử nước trong cấu trúc tinh thể bị đứt, và đá trở thành nước lỏng.

- Mô tả quá trình nóng chảy của thanh sô cô la: Khi thanh sô cô la (ở nhiệt độ thường) đặt trong môi trường nhiệt độ cao, thanh sô cô la bắt đầu chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng. Quá trình nóng chảy của thanh sô cô la tương tự như nóng chảy của nước đá, tuy nhiên, điều quan trọng là nhiệt độ nóng chảy của thanh sô cô la thường cao hơn và phụ thuộc vào thành phần chất lượng và loại sô cô la.

Ban đầu chúng ở thể rắn, khi nhiệt độ bắt đầu tăng đến nhiệt độ nóng chảy thì chất rắn kết tinh bắt đầu nóng chảy, chất rắn kết tinh có nhiệt độ nóng chảy xác định, trong quá trình nóng chảy nhiệt độ đó không thay đổi. Sau khi nóng chảy hoàn toàn thì chất rắn kết tinh chuyển sang thể lỏng, và khi nhiệt độ tiếp tục tăng thì chúng sẽ chuyển sang quá trình biến đổi trạng thái khác.

Chất rắn vô định hình không có nhiệt độ nóng chảy xác định. Khi nhiệt độ tăng thì chất rắn vô định hình mềm dần và quá trình nóng chảy diễn ra liên tục.

Khi nung nóng một vật rắn kết tinh, các phân tử của vật rắn nhận được nhiệt lượng, dao động của các phân tử mạnh lên, biên độ dao động tăng. Điều này dẫn đến khoảng cách trung bình giữa các phân tử tăng.

Nhiệt độ của vật rắn tăng đến một giá trị nào đó thì một số phân tử thắng được lực tương tác với các phân tử xung quanh và thoát khỏi liên kết với chúng, đó là sự khởi đầu của quá trình nóng chảy. Từ lúc này, vật rắn nhận nhiệt lượng dễ tiếp tục phá vỡ các liên kết tinh thể. Khi trật tự của tỉnh thể bị phá vỡ hoàn toàn thì quá trình nóng chảy kết thúc, vật rắn chuyển thành khối lỏng.

Nếu vẫn tiếp tục nung nóng thì các phân tử nhận nhiệt lượng để tăng năng lượng chuyển động của mình và nhiệt độ của khối chất lỏng tăng lên.

Phần năng lượng nhận thêm để phá vỡ liên kết giữa các phân tử mà không làm tăng nhiệt độ của chất trong quá trình chuyển thể thường được gọi là ẩn nhiệt. Từ "ẩn" thể hiện ý nghĩa năng lượng cung cấp cho chất có vẻ bị biến mất vì nhiệt độ của chất không tăng khi chuyển thể. Năng lượng này trong quá trình nóng chảy được gọi là ẩn nhiệt nóng chảy