Lý thuyết động học: Nhiệt độ và tốc độ phân tử

1 · Dự đoán

Nhiệt độ thực sự là thước đo chuyển động trung bình của phân tử. Nếu bạn tăng gấp đôi nhiệt độ tuyệt đối của chất khí thì tốc độ phân tử thông thường có tăng gấp đôi không?

• Tốc độ phân tử cũng tăng gấp đôi vì nhiệt độ và tốc độ tỷ lệ thuận với nhau.
• Tốc độ phân tử tăng theo hệ số √2 chứ không phải 2, vì tốc độ phụ thuộc vào căn bậc hai của nhiệt độ.
• Tốc độ phân tử không phụ thuộc vào nhiệt độ.

2 · Thiết lập

1. Mở cài đặt trước kinetic-sandbox và nhấn Reset. Buồng chứa khí argon (M = 0.039948 kg/mol).
2. Kích hoạt tính năng đọc tốc độ rms và động năng trung bình.
3. Đặt nhiệt độ khí cho mỗi lần thử và ghi lại tốc độ phân tử rms.

3 · Thu thập dữ liệu

Vẽ đồ thị v_rms (trục y) theo √T (trục x) cho ba lần thử của bạn. Đường thẳng có đi qua gốc tọa độ không?

4 · Phân tích

1. Đối với một lần dùng thử, hãy tính v_rms = √(3RT/M) bằng R = 8.314 J/(mol·K) và M = 0.039948 kg/mol. So sánh với bảng.
2. Giải thích tại sao v_rms tăng theo căn bậc hai của nhiệt độ chứ không tỉ lệ thuận với nó.

5 · Gia hạn

1. Hai chất khí ở cùng nhiệt độ có cùng động năng trung bình, nhưng chất khí nhẹ hơn (M nhỏ hơn) có v_rms cao hơn. Giải thích tại sao, sử dụng KE_avg = ½M·v_rms² cùng với việc KE_avg chỉ phụ thuộc vào T.
2. Helium (M ≈ 0,004 kg/mol) thoát ra khỏi quả bóng bay nhanh hơn nhiều so với việc quả bóng xì hơi chỉ từ không khí. Sử dụng công thức v_rms của bạn để giải thích tại sao các phân tử khí nhẹ hơn thoát ra qua các lỗ nhỏ nhanh hơn.

Vật lý đằng sau thí nghiệm này

← Quay lại thử nghiệm