Nghiên cứu nội dung kiến thức trong sách giáo khoa vật lý phổ thông chất rắn và chất lỏng sự chuyển thể

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

TIỂU LUẬN MÔN HỌC
NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ PHỔ THÔNG 1

Đề tài

NGHIÊN CỨU NỘI DUNG KIẾN THỨC
TRONG SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ PHỔ THÔNG

CHẤT RẮN VÀ CHẤT LỎNG. SỰ CHUYỂN THỂ

Giảng viên hướng dẫn
PGS. TS. Lê Công Triêm

Huế, năm 2010

Học viên thực hiện


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

MỤC LỤC

A. MỞ ĐẦU.........................................................................................................4
II. CHUẨN KIẾN THỨC, KĨ NĂNG CỦA CHƯƠNG TRÌNH......................5
II. PHÂN TÍCH KIẾN THỨC...........................................................................7
1. Chất rắn
1.1. Khái niệm...............................................................................................7
1.2. Chất rắn kết tinh.....................................................................................8

1.2.1. Các loại mạng tinh thể.........................................................................8
1.2.3. Các đặc điểm của tinh thể..................................................................10
1.3. Chất rắn vô định hình...........................................................................11
1.4. Biến dạng của vật rắn...........................................................................12
1.4.1. Biến dạng cơ......................................................................................12
1.4.2. Biến dạng nhiệt .................................................................................15
2. Chất lỏng.................................................................................................16
2.1. Các tính chất chung..............................................................................16
2.2. Cấu trúc của chất lỏng..........................................................................16
2.3. Hiện tượng căng mặt ngoài .................................................................16
2.4. Hiện tượng dính ướt và không dính ướt...............................................17
2.5. Hiện tượng mao dẫn.............................................................................18
3. Sự chuyển thể của các chất......................................................................19
3.1. Biến đổi pha..........................................................................................20
3.1.1. Biến đổi pha loại 1.............................................................................20
3.1.2. Biến đổi pha loại 2.............................................................................20
3.2. Sự nóng chảy và sự đông đặc...............................................................20
3.2.1 Nhiệt độ nóng chảy.............................................................................20
3.2.2. Nhiệt nóng chảy riêng.......................................................................21
3.2.3. Sự biến đổi thể tích riêng khi chuyển thể..........................................21
3.2.4. Sự đông đặc.......................................................................................21
3.2.5. Ứng dụng...........................................................................................21
3.3. Sự hóa hơi và sự ngưng tụ....................................................................21
-2-


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

3.3.1. Sự hóa hơi..........................................................................................21
3.3.2. Nhiệt hóa hơi.....................................................................................22

3.3.3. Hơi bão hòa.......................................................................................22
3.3.4. Sự sôi.................................................................................................22
4. Độ ẩm của không khí...............................................................................23
4.1. Độ ẩm tuyệt đối....................................................................................23
4.2. Độ ẩm cực đại.......................................................................................23
4.3. Độ ẩm tỉ đối..........................................................................................23
4.4. Đo độ ẩm..............................................................................................24
C. KẾT LUẬN.....................................................................................................25
D. tài LIỆU THAM KHẢO.................................................................................26

-3-


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

A. MỞ ĐẦU

Nghiên cứu chương trình môn Vật lí THPT là môn học không thể thiếu đối với
học viên cao học và sinh viên ngành sư phạm Vật lí. Qua môn học, các học viên và
sinh viên nắm được cấu trúc nội dung kiến thức chương trình, cơ sở và cách hình
thành các đơn vị kiến thức đó. Từ đó, trong giảng dạy sẽ tìm được phương pháp dạy
học đem lại hiệu quả cao nhất, học sinh hứng thú học tập và yêu thích môn Vật lí hơn.
Chương trình môn Vật lý 10 nâng cao gồm hai phần : Cơ học và Nhiệt học. Phần
cơ học nghiên cứu các chuyển động cơ, các định luật cơ bản của chuyển động cơ. Phần
nhiệt học nghiên cứu các trạng thái của các vật thể cấu tạo bởi các phân tử, nghiên cứu
sự trao đổi năng lượng giữa các vật thể trong quá trình biến đổi.
Trong khuôn khổ tiểu luận môn học “Nghiên cứu chương trình 1 - Vật lí
THPT” dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Lê Công Triêm, chúng tôi chọn “Phân tích
kiến thức chương Chất rắn và chất lỏng.Sự chuyển thể, Vật lí 10 nâng cao”.
Đây cũng là dịp để bản thân tôi có điều kiện tìm hiểu sâu hơn về kiến thức cũng

như làm cơ sở cho việc giảng dạy vật lý ở trường phổ thông sau này.

-4-


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

B. NỘI DUNG
I. MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG
-Khảo sát đặc tính, cấu trúc, chuyển động nhiệt, một số tính chất vi mô và vĩ mô
của chất rắn và chất lỏng.
-Sự chuyển thể của các chất.
-Độ ẩm của không khí và tác động của độ ẩm không khí với cuộc sống và sức
khỏe của con người.
II. CHUẨN KIẾN THỨC, KĨ NĂNG CỦA CHƯƠNG TRÌNH

Nhìn chung, mục tiêu chung về kiến thức và kỹ năng của chương tập
trung chủ yếu vào các vấn đề sau:
- Tìm hiểu nội dung của các thuyết động học phân tử chất khí.
- Tìm hiểu các định nghĩa về chất rắn. lỏng, khí, sự chuyển pha, sự biến
dạng, độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm tỉ đối…
- Nghiên cứu và giải thích các hiện tượng bề mặt của chất lỏng, sự dính
ướt và không dính ướt, hiện tượng mao dẫn…
- Phát biểu được nội dung, viết được biểu thức của định luật Húc và vận
dụng để giải thích một số hiện tượng và giải một số bài toán liên quan.
Cụ thể, chuẩn kiến thức kĩ năng của chương là:
CHỦ ĐỀ

MỨC ĐỘ CẦN ĐẠT

Kiến thức
− Phân biệt được chất rắn kết tinh và chất rắn vô
a) Chất rắn kết
định hình về cấu trúc vi mô và những tính chất vĩ
tinh và chất rắn
mô của chúng.
vô định hình
− Phân biệt được biến dạng đàn hồi và biến dạng
dẻo.
b) Biến dạng cơ
− Phát biểu và viết được hệ thức của định luật
của vật rắn
Húc đối với biến dạng của vật rắn.
c) Sự nở vì nhiệt − Viết được các công thức nở dài và nở khối.
của vật rắn
− Nêu được ý nghĩa của sự nở dài, sự nở khối
của vật rắn trong đời sống và kĩ thuật.
d) Chất lỏng. Các − Mô tả được thí nghiệm về hiện tượng căng bề
hiện tượng căng
mặt.
bề mặt, dính ướt, − Mô tả được thí nghiệm về hiện tượng dính ướt
mao dẫn của chất và không dính ướt.
lỏng
− Mô tả được hình dạng mặt thoáng của chất
lỏng ở sát thành bình trong trường hợp chất lỏng
e) Sự chuyển
dính ướt và không dính ướt.
thể : nóng chảy,
− Mô tả được thí nghiệm về hiện tượng mao dẫn.
đông đặc, hoá

− Kể được một số ứng dụng về hiện tượng mao
hơi, ngưng tụ
dẫn trong đời sống và kĩ thuật.
− Viết được công thức tính nhiệt nóng chảy của
f) Độ ẩm của
vật rắn Q = λm.
không khí
− Phân biệt được hơi khô và hơi bão hoà.
-5-

GHI CHÚ

λ là nhiệt
nóng chảy
riêng.
L là nhiệt
hoá hơi
riêng.


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

− Viết được công thức tính nhiệt hoá hơi Q =
Lm.
− Nêu được định nghĩa độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm tỉ
đối, độ ẩm cực đại của không khí.
− Nêu được ảnh hưởng của độ ẩm không khí đối
với sức khoẻ con người, đời sống động, thực vật
và chất lượng hàng hoá.
Kĩ năng

− Vận dụng được công thức nở dài và nở khối
của vật rắn để giải các bài tập đơn giản.
− Vận dụng được công thức Q = λm, Q = Lm để
giải các bài tập đơn giản.
− Giải thích được quá trình bay hơi và ngưng tụ
dựa trên chuyển động nhiệt của phân tử.
− Giải thích được trạng thái hơi bão hoà dựa trên
sự cân bằng động giữa bay hơi và ngưng tụ.
− Xác định được hệ số căng bề mặt bằng thí
nghiệm.

-6-


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

II. PHÂN TÍCH KIẾN THỨC
Sự biến dạng của VR
CHẤT RẮN

Sự nở vì nhiệt của VR
HT căng bề mặt

CHẤT LỎNG

HT dính ướt và không
dính ướt
HT mao dẫn

CHƯƠNG

VII

Sự nóng chảy
SỰ CHUYỂN THỂ

Sự đông đặc
Sự hóa hơi
Sự ngưng tụ

ĐỘ ẨM CỦA KK

1. Chất rắn
1.1. Khái niệm
Trạng thái rắn là một trong ba trạng thái thường gặp của vật chất. Vật chất ở
trạng thái rắn được gọi là chất rắn.
Chất rắn
Chất rắn kết tinh

Chất rắn đơn tinh thể
thể

Chất rắn đa tinh thể

Có tính dị hướng

Có tính đẳng hướng

Chất rắn vô định hình

Chất rắn có tính ổn định về hình dáng, có độ rắn chắc nhất định, có khả năng

chống lại những tác động cơ học.
Xét về cấu trúc, chất rắn được chia làm hai loại : chất rắn kết tinh (tinh thể) và
chất rắn vô định hình.
Ngoài ra, chất rắn được chia theo tính dẫn điện có: chất dẫn điện, chất bán dẫn,
chất cách điện (điện môi).

-7-


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

1.2. Chất rắn kết tinh
Chất rắn kết tinh (muối ăn, thạch anh, …) được cấu tạo từ các tinh thể. Tinh thể
của mỗi chất rắn có dạng hình học xác định. Cấu trúc tinh thể của chất rắn gồm các
nguyên tử, phân tử hoặc ion (gọi chung là hạt) sắp xếp một cách có trật tự, tuần hoàn
trong không gian tạo thành mạng tinh thể.
1.2.1. Các loại mạng tinh thể
Xét hình dạng bên ngoài, tinh thể như một khối đa diện được giới hạn bởi nhiều
mặt. Các mặt đó gọi là các mặt bờ. Các giao tuyến của các mặt bờ gọi là các cạnh, giao
điểm của các cạnh tạo thành các đỉnh của tinh thể.
Xét về cấu trúc bên trong thì các hạt được phân bố theo một trật tự, tuần hoàn
trong toàn bộ không gian tinh thể gọi là mạng tinh thể.
Nếu không xét đến dao động nhiệt của các hạt thì ta coi như các hạt nằm ở các
nút mạng. Các nút liên kết với nhau thành đường thẳng gọi là hàng mạng. Các nút
mạng nằm trên một mặt phẳng tạo thành một mặt mạng. Các mặt mạng cắt nhau tạo
thành các hình hộp đồng nhất gọi là ô mạng. Ô mạng nhỏ nhất phản ánh được cấu trúc
của tinh thể gọi là ô cơ sở. Ô cơ sở được xác định bởi ba vectơ a, b, c ứng với ba cạnh
hình hộp và các góc giữa các vectơ. Các đại lượng đó gọi là các hằng số mạng.
1.2.2. Phân loại mạng tinh thể
Cuối thế kỷ XIX, nhà tinh thể học người Pháp Bravais (1811-1863) đã tìm cách

phân loại tinh thể và chứng minh được về cơ bản có 14 loại mạng tương ứng 14 loại ô
cơ sở. Căn cứ vào tính chất đối xứng của các loại mạng không gian ông chia chúng
thành 7 hệ : tam tà, đơn tà, thoi, tứ giác, tam giác, lục giác và lập phương.
Lực liên kết trong tinh thể được xem là lực tương tác tĩnh điện giữa electron,
ion âm và hạt nhân nguyên tử. Trong mỗi trường hợp khác nhau, lực này có thể là lực
Vanđevanxơ, lực liên kết cộng hóa trị, lực liên kết ion, lực liên kết kim loại…

Tam tà

Thoi đơn giản

-8-

Đơn tà đơn giản

Thoi tâm đáy

Đơn tà tâm đáy

Thoi tâm khối

Thoi tâm mặt


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

Lục giác

Tam giác

Tứ giác

Lập phương

Lập phương tâm khối

Tứ giác tâm khối

Lập phương tâm mặt

Căn cứ vào dạng liên kết, chất rắn được phân thành : tinh thể ion, tinh thể cộng
hóa trị, tinh thể kim loại, tinh thể, phân tử, tinh thể liên kết hiđro…
Tinh thể ion được hình thành từ các ion dương và ion âm. Bản chất lực liên kết
là lực tương tác tĩnh điện giữa các ion mang điện trái dấu. Ví dụ, tinh thể muối ăn
NaCl có dạng khối lập phương. Các tinh thể ion dẫn điện kém ở nhiệt độ thấp và dẫn
điện tốt ở nhiệt độ cao. Chúng hấp thụ mạnh các bức xạ trong dải hồng ngoại.
Ví dụ: tinh thể muối ăn NaCl

Ví dụ: tinh thể phèn chua có dạng khối 8 mặt

Tinh thể cộng hóa trị được tạo thành từ các cặp electron có spin đối song. Tinh
thể kim cương là tinh thể có liên kết cộng hóa trị. Lực liên kết trong tinh thể loại là lực
tương tác trao đổi. Tinh thể loại này có độ cứng cao và dẫn điện kém ở nhiệt độ thấp.
Tinh thể kim loại chứa các electron không định xứ ở các nguyên tử mà phân bố
trong tinh thể gọi là các electron tự do, chúng tạo thành các đám mây electron trong
tinh thể. Chính tương tác giữa đám mây electron mang điện âm với các ion mang điện
dương được sắp xếp đều đặn tạo nên lực liên kết giữa các nguyên tử. Các tinh thể này
dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và có độ dẻo cao.

-9-

Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

Tinh thể khí trơ và tinh thể phân tử
Tinh thể khí trơ được cấu tạo từ các nguyên tử khí trơ. Các nguyên tử này có
lớp electron ngoài cùng hoàn toàn đầy. Ở nguyên tử tự do, phân bố electron có dạng
đối xứng cầu. Lực liên kết của trong tinh thể là lực Van-đe-vanxơ (đó là lực tương tác
giữa các nguyên tử trung hòa có tác dụng ở khoảng cách lớn). Lực Van-đe-vanxơ cũng
là lực chủ yếu trong các tinh thể phân tử (tinh thể mà ở các nút mạng có các phân tử
trung hòa). Ví dụ như H, Cl, CO 2… khi hóa rắn tạo thành tinh thể phân tử. Tinh thể
khí trơ và tinh thể phân tử có nhiệt độ nóng chảy thấp và dễ bị nén.
Tinh thể có liên kết hiđro
Nguyên tử hiđro trung hòa có một electron. Trong một số trường hợp, nguyên
tử hiđro có thể liên kết bằng một lực hút đáng kể với hai nguyên tử khác tạo thành liên
kết hiđro giữa chúng. Nó liên kết được vì electron của nguyên tử hiđro liên kết với một
nguyên tử còn proton thì liên kết với nguyên tử thứ hai nên kết quả là hiđro liên kết
với hai nguyên tử. Liên kết này tồn tại trong các hợp chất có chứa hiđro cùng với các
nguyên tố á kim như F, O, N... tạo nên sự kết hợp phân tử, sự polime hóa…
1.2.3. Các đặc điểm của tinh thể
1.2.3.1. Tính dị hướng
Các tính chất vật lý của tinh thể như tính cơ học, tính dẫn nhiệt, dẫn điện, sự
khúc xạ ánh sáng… theo các phương khác nhau ở vật đó là không giống nhau, ta nói
tinh thể có tính tính dị hướng. Ví dụ như tinh thể than chì (graphit).

1.2.3.2. Chất đơn tinh thể và đa tinh thể
Vật rắn được cấu tạo từ một loại tinh thể gọi là vật rắn đơn tinh thể. Ví dụ như
muối, thạch anh…
Các chất đơn tinh thể có nhiều ứng dụng trong đời sống và khoa học công nghệ.
Kim cương là chất rắn đơn tinh thể rắn nhất hiện nay nên được dùng làm mũi khoan

địa chất, đá mài dao điện làm bằng hợp kim rất cứng v.v… Các chất đơn tinh khiết
gemani và silic dùng cho chế tạo linh kiện bán dẫn có vai trò cực kỳ quan trọng trong
việc chế tạo linh kiện điện điện tử.
Vật rắn gồm nhiều tinh thể liên kết hỗn độn với nhau gọi là vật rắn đa tinh thể.
Ví dụ như các kim loại…
1.2.3.3. Chuyển động nhiệt trong tinh thể
Các nút mạng dao động quanh vị trí cân bằng của chúng, ta gọi dao động đó là
dao động nhiệt. Giữa các hạt có lực liên kết nên tinh thể là một hệ các dao động tử liên
kết. Do có những sai hỏng mạng nên trong tinh thể có những nút trống do đó khi dao
động các hạt có thể dời chỗ.

- 10 -


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

1.3. Chất rắn vô định hình
Vật rắn vô định hình không có cấu trúc tinh
thể, không có dạng hình học xác định, nghĩa là các
hạt cấu tạo vật được phân bố hỗn độn bên trong
vật. Sự phân bố các hạt chỉ có trật tự gần, nếu một
số hạt gần nhau thì chúng cũng phân bố theo một
trật tự nào đó, song trật tự này không lan rộng ra
cho thể tích lớn hay toàn vật. Ví dụ như: thủy tinh,
nhựa thông, hắc ín,…
Các vật rắn vô định hình có tính đẳng
hướng, tức là tính chất vật lý của chúng giống
nhau theo mọi phương. Căn cứ vào cấu trúc bên
trong người ta coi vật rắn vô định hình như khối lỏng có độ nhớt lớn đến mức mất khả
năng chảy và có thể giữ nguyên hình dạng hoặc coi chúng là một khối lỏng quá lạnh bị

đông cứng. Vật rắn vô định hình không có nhiệt độ nóng chảy xác định.
Một số chất như lưu huỳnh, thạch anh, đường có thể tồn tại ở cả dạng tinh thể
vừa ở dạng vô định hình. Dạng vô định hình của chất rắn kém bền hơn dạng tinh thể
bởi vì ở dạng vô định hình thế năng tương tác giữa các hạt lớn hơn ở dạng tinh thể. Vì
vậy khi để lâu, một số chất vô định hình có thể tự chuyển sang dạng tinh thể.

- 11 -


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

1.4. Biến dạng của vật rắn
Biến dạng của vật rắn

Biến dạng cơ

Biến dạng
đàn hồi (kéo, nén)

Biến dạng
không đàn hồi

Nở vì nhiệt
(Biến dạng nhiệt)

Nở dài
∆l=αl0∆t

Nở khối
∆V=βV0∆t

với β=3α

* Định luật Húc: σ = Eε
* Lực đàn hồi:
Fđh=k|∆l|=E|∆l|

Khi các yếu tố bên ngoài tác dụng vào vật rắn làm cho kích thước và hình dạng
của nó thay đổi, ta nói vật rắn bị biến dạng. Sự biến dạng của vật rắn được phân thành
hai loại là: biến dạng cơ và biến dạng nhiệt.
1.4.1. Biến dạng cơ
Biến dạng cơ của vật rắn là biến dạng khi vật chịu tác dụng của ngoại lực, làm
khoảng cách giữa các phần tử của nó thay đổi. Hệ lực liên kết nội tại của các phần tử
cũng thay đổi theo, có xu hướng chống lại biến dạng do ngoại lực gây ra.
1.4.1.1. Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo
Xét vật rắn bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực
- Nếu thôi tác dụng lực mà vật lấy lại được hình dạng và kích thước ban đầu thì
biến dạng đó được gọi là biến dạng đàn hồi
- Nếu thôi tác dụng lực mà vật không lấy lại được hình dạng và kích thước ban đầu
thì biến dạng đó được gọi là biến dạng dẻo.
Những vật đàn hồi bị biến dạng quá mức, vượt quá một giới hạn nào đó, thì biến
dạng không còn là đàn hồi mà trở thành biến dạng dẻo.
Trong biến dạng đàn hồi có thể phân làm nhiều loại biến dạng: kéo, nén, lệch (cắt),
xoắn, uốn,…
1.4.1.2. Biến dạng kéo và biến dạng nén
Nhà vật lý người Anh là Robert Hooke (1635-1703) bằng thực nghiệm đã thiết
lập định luật về biến dạng đàn hồi, gọi là định luật Húc.
Chọn một thanh thép có tiết diện S và chiều dài ban đầu l0. Giữ cố định một đầu
thanh thép và kéo (hoặc nén) dầu kia một lực F làm thanh dài ra một đoạn ∆l = l − l0 .
∆l
không chỉ phụ thuộc cường độ của lực

l0
F
F mà còn phụ thuộc tiết diện S của thanh thép, tức phụ thuộc ứng suất σ = . Đơn vị
S

Thực nghiệm chứng tỏ độ dãn dài tỉ đối ε =

của ứng suất là Paxcan (1Pa = 1N/m2). Biến dạng kéo: l > lo

- 12 -


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

ε
C
AB

O

D

σn σđh

Trong giới hạn những biến dạng nhỏ (đoạn OA) độ dãn ε =

H

σb

σ

∆l
tăng tỉ lệ với ứng
l0

suất theo định luật Húc. Phát biểu định luật : “ Trong giới hạn đàn hồi, độ biến dạng tỉ
đối kéo hay nén của thanh rắn tiết diện đều tỉ lệ thuận với ứng suất gây ra nó”
Biểu thức của định luật:

∆l F
≈
l0
S

Ta có thể thực hiện các phép biến đổi :

∆l
F
= E.
S
l0

hoặc σ = Eε

Trong đó, E đặc trưng cho cho tính đàn hồi của chất làm thanh rắn gọi là suất đàn
hồi hay suất Y-âng do Thomas Young (1773-1829), nhà vật lý học người Anh tìm ra.
Áp dụng định luật III Niu-tơn (F đh= F về độ lớn) có thể suy ra biểu thức định luật
Húc như sau :

S
|∆l| = k|∆l|
l0
S
k=E
là hệ số đàn hồi hay độ cứng của thanh
l0
Fđh= E

Vậy hệ số

* Giải thích cơ chế vi mô của biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo như sau:
Bình thường trong mạng tinh thể vật rắn, những lực hút Fh và l đựcẩy Fđ giữa các
hạt cân bằng nhau. Khi mạng tinh thể ion bị bị nén chẳng hạn thì khoảng cách giữa các
ion giảm. Khi đó lực đẩy giữa các ion lớn hơn lực hút nên
lực tổng hợp F là lực đẩy và có tác dụng chống lại ngoại
lực Fn tác dụng lên ion gây nên biến dạng. Các ion sẽ nằm
ở vị trí cân bằng mới dưới tác dụng của lực tổng hợp. Biến
dạng càng mạnh, các ion bị lệch khỏi vị trí cân bằng ban
đầu càng nhiều và lực tổng hợp càng lớn. Trong giới hạn
đàn hồi, sự thay đổi khoảng cách giữa các ion trong mạng
tinh thể chưa đủ để phá hủy sự cân bằng giữa ngoại lực tổng hợp của các ion với ngoại
lực. Vì vậy các ion vẫn dao động quanh vị trí cân bằng mới. Khi ngoại lực ngừng tác
dụng, lực tổng hợp đẩy các ion về vị trí cân bằng cũ nên mạng tinh thể phục hồi lại
- 13 -


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

như ban đầu. Nếu mạng tinh thể bị nén mạnh, các ion mạng của nó bị thay đổi hình

dạng đến mức phá vỡ sự liên kết cân bằng giữa các ion. Khi đó, các ô mạng bị dịch
chuyển những khoảng bằng bội số nguyên lần của hằng số mạng và tới trùng khớp với
ô mạng khác nên chúng không trở lại vị trí ban đầu được nữa. Khi đó biến dạng của
vật trở thành biến dạng dẻo.
1.4.1.3. Biến dạng lệch (hay biến dạng truợt)
Biến dạng lệch là biến dạng mà ở đó có sự lệch đi giữa các lớp vật rắn đối với
nhau. Biến dạng lệch còn được gọi là biến dạng trượt hay biến dạng cắt.

Trong trường hợp biến dạng lệch thì lực F tác dụng song song trên toàn mặt S,
khi đó ứng suất pháp tuyến thay bằng ứng suất tiếp tuyến σ t =
đối được xác định :

F
và độ biến dạng tỉ
S

AA '
= tanψ , với góc ψ bé thì tanψ ≈ ψ , được gọi là góc lệch.
OA

Áp dụng định luật Húc cho biến dạng lệch: Trong biến dạng đàn hồi lệch, góc
lệch tỉ lệ với ứng suất tiếp tuyến. Do đó ψ =

1
σ t hay σ t = Gψ , ở đây G là hệ số tỉ lệ
G

và được gọi là môđun lệch.
1.4.1.4. Biến dạng xoắn và uốn
Các biến dạng khác như biến dạng xoắn, biến dạng uốn đều có thể quy về hai

loại biến dạng kéo (nén) và biến dạng lệch. Ví dụ, biến dạng uốn của một tấm kim
loại, được chia nhiều lớp song song, có thể quy về biến dạng kéo của các lớp dưới và
biến dạng nén của các lớp trên. Biến dạng xoắn có thể quy về biến dạng lệch của các
tiết diện của vật bị xoắn.

- 14 -


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

1.4.1.5. Giới hạn bền
Giá trị ứng suất lớn nhất σn tại điểm A gọi là giới hạn tỉ lệ. Khi ngoại lực tác
dụng lên vật rắn tăng tức ứng suất σ tăng lớn hơn giá trị σn thì định lật Húc không còn
đúng nữa, nhưng biến dạng vẫn có tính đàn hồi (đoạn AB). Tới giá trị σ > σđn biến
dạng bắt đầu tăng nhanh và mất tính đàn hồi, nó chuyển sang biến dạng không đàn hồi
nên σđn gọi là giới hạn đàn hồi. Trong đoạn CD, biến dạng tăng mà không cần tăng
ứng suất : đó là quá trình biến dạng “chảy” của thanh thép. Sau đó, độ dãn tỉ đối tiếp
tục tăng theo ứng suất σ cho đến điểm H, tâị đó σ = σb. Vượt quá giới hạn σb thanh
thép bị đứt nên giá trị σb gọi là giới hạn bền của thanh thép.
1.4.2. Biến dạng nhiệt
Biến dạng nhiệt của vật rắn là biến dạng khi khoảng cách trung bình giữa hai
nguyên tử tăng hoặc giảm khi nhiệt độ thay đổi.
Về cơ chế của sự nở vì nhiệt của vật rắn, nguyên nhân của sự nở được giải thích
Et
bằng sự không đối xứng của đường cong thế năng tương
tác giữa các hạt cấu tạo nên vật rắn. Nếu các hạt không
dao động thì khoảng cách giữa chúng là r 0 ứng với cực
tiểu của thế năng tương tác. Khi các hạt dao động thì
t
r1 r2

O
r3
năng lượng toàn phần E1 của chúng được biểu diễn bởi
E2
D
đoạn thẳng cắt đường cong thế năng tại A và B. Do tính
E1 C
B
A
chất không đối xứng của đường cong thế năng E t nên
khoảng cách trung bình giữa các hạt không trùng với r 0
mà dịch chuyển sang phải ứng vơi vị trí r1. Khi bị nung
nóng, các hạt dao động mạnh hơn và năng lượng toàn phần của chúng tăng tới giá trị
E2 > E1 biểu diễn bằng đoạn thẳng cắt đường cong thế năng tại C và D. Do tính chất
không đối xứng của đường cong thế năng mà khoảng cách trung bình giữa các hạt bây
giờ dịch chuyển sang phải ứng với vị trí r 2. Như vậy, khoảng cách trung bình giữa các
hạt trong mạng tăng theo nhiệt độ khi vật rắn bị nung nóng. Sự dãn nở vì nhiệt được
phân thành dãn nở dài và dãn nở khối.
1.4.2.1. Sự nở dài
Xét một vật có chiều dài vượt trội so với chiều ngang. Gọi l0 là chiều dài của vật
ở nhiệt độ t0 0C, lt là chiều dài của vật ở t 0C. Như vậy khi nhiệt độ tăng từ t0 0C lên t 0C
thì chiều dài của vật tăng lên một lượng ∆l = lt – l0 = αl0(t – t0).
Vậy chiều dài của vật ở t 0C là : lt = l0[1 + α(t – t0)], với α là hệ số nở dài phụ
thuộc bản chất vật rắn có đơn vị đo là K-1.
1.4.2.2. Sự nở khối
Sự nở khối tuân theo định luật của sự nở dài. Khi nhiệt độ tăng từ t 0 0C lên t 0C
thể tích của vật tăng. Ở t 0C thể tích của vật là Vt = lt3 = V0[1 + β( t - t0 )], với β = 3α.
1.4.2.3. Ứng dụng
Sự nở vì nhiệt của vật rắn có ý nghĩa thực tiễn hết sức quan trọng trong cuộc sống.
Trong một số trường hợp sự dãn nở có lợi được ứng dụng trong việc chế tạo các thiết

bị như loại rơle nhiệt, nhờ sự giản nở của vật rắn để lắp ghép các vật có kích thước
hơn kém nhau không lớn,...
Một số trường hợp dãn nở có hại cần phải khắc phục như trong đường ống dẫn
khí, thanh ray đường sắt, cầu…

- 15 -


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

2. Chất lỏng
Chất lỏng
Cấu trúc chất lỏng

Chuyển động nhiệt của chất lỏng
Hiện tượng căng bề mặt
* Lực căng bề mặt: f=σl

Hiện tượng không dính ướt

Hiện tượng dính ướt

Hiện tượng mao dẫn

2.1. Các tính chất chung
Chất lỏng là trạng thái trung gian giữa trạng thái rắn và trạng thái khí. Chất lỏng
có thể tích xác định nhưng không có hình dạng nhất định mà có hình dạng của bình
chứa dưới tác dụng của trọng lực. Khối chất lỏng ít chịu nén nhưng có tính chảy (tính
linh động).
2.2. Cấu trúc của chất lỏng

Bằng phương pháp nhiễu xạ tia X nơtron hay electron người ta quan sát thấy
chất lỏng có cấu trúc trật tự gần, nghĩa là xét trong một thể tích rất nhỏ bao quanh một
hạt nào đó thì sự phân bố của hạt ở đó có một trật tự nhất định.
Chất lỏng có cấu trúc trật tự gần tương tự cấu trúc của chất rắn vô định hình
nhưng khác là vị trí các hạt trong chất lỏng không cố định, chúng thường xuyên dời
chỗ. Các phân tử chất lỏng thực hiện các dao động nhiệt quanh vị trí cân bằng của nó
với tần số trung bình gần với tần số dao động của các hạt ở nút mạng tinh thể và thỉnh
thoảng các phân tử dịch chuyển đi một khoảng cỡ 10 -8cm. Các phân tử dịch chuyển
trong chất lỏng bằng những “bước nhảy” qua hàng rào thế tạo ra giữa phân tử đó với
các phân tử xung quanh. Sự dịch chuyển này càng nhiều khi nhiệt độ tăng. Chính nhờ
vào dao động nhiệt và dịch chuyển của hạt mà chất lỏng có tính linh động cao, chảy dễ
dàng.
2.3. Hiện tượng căng mặt ngoài
Trong thực tế, bề mặt chất lỏng có những biểu hiện khá đa dạng : bề mặt của nó
có thể là mặt phẳng, có thể là mặt khum lồi, có thể là mặt khum lõm … Mặt ngoài của
chất lỏng được coi như một màng căng. Để đặc trưng cho tính chất một màng căng
người ta dùng đại lượng lực căng mặt ngoài. Có thể giải thích hiện tượng căng mặt
ngoài của chất lỏng theo hai phương pháp.

Thứ nhất là phương pháp cấu trúc phân tử: Khi phân tử ở sâu trong lòng chất
lỏng thì lực hút của các phân tử khác lên nó cân bằng nhau. Khi phân tử ở gần mặt
- 16 -


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

thoáng thì hợp lực các lực hút phân tử lên nó không cần bằng nhau mà hướng vào
trong chất lỏng. Các phân tử sát mặt thoáng có xu hướng bị kéo vào trong lòng chất
lỏng, nghĩa là có xu hướng là cho diện tích mặt thoáng chất lỏng giảm đi và căng ra.
Một khối lỏng bao giờ cũng có mặt thoáng ở dạng sao cho diện tích có thể nhỏ nhất có

thể được. Nếu không có ngoại lực tác dụng thì mặt thoáng là mặt cầu.
Phương pháp thứ hai là phương pháp năng lượng: Các phân tử ở mặt ngoài
luôn có xu hướng bị kéo vào trong. Muốn duy trì diện tích mặt ngoài không đổi, phải
tốn công để di chuyển các phân tử ra lớp mặt ngoài. Công này làm tăng thế năng phân
tử. Tổng thế năng tăng thêm khi các phân tử tạo thành lớp mặt ngoài gọi là năng lượng
mặt ngoài. Hệ cân bằng bền khi năng lượng có giá trị cực tiểu. Do đó khối lỏng luôn
có xu hướng chuyển về dạng sao cho năng lượng mặt ngoài có giá trị nhỏ nhất.
Lực căng bề mặt
Lực căng bề mặt là đại lượng có nguồn góc từ lực tương tác giữa các phần tử của
một chất lỏng. Lực căng bề mặt là một đại lượng được đặc trưng bằng một vectơ tiếp
tuyến với mặt ngoài khối lỏng và có xu hướng co nhỏ bề mặt ấy.
Xét thí nghiệm : Trên một khung dây thép hình chữ U có
đặt một thanh ngang l, có thể trượt dọc theo hai nhánh hình chữ U.
Nhúng khung dây vào nước xà phòng, rồi sau đó lấy ra thì còn lại
trên khung một màng xà phòng. Diện tích của màng có thể thay đổi
bằng cách dịch chuyển thanh ngang. Kết quả cho thấy thanh ngang
màng xà phòng bị co lại. Để chống lại sự co đó cần tác dụng
r
một ngoại lực F đúng bằng lực căng mặt ngoài để giữ thanh
không chuyển động.
Giả sử màng xà phòng làm thanh l dịch chuyển một đoạn
r
∆x và ngoại lực F kéo thanh l trở về vị trí ban đầu thì công
F
thực hiện là : ∆A = F .∆x . Công này làm tăng diện tích mặt ngoài
A
B
màng xà phòng lên ∆S = 2l ∆x (hệ số 2 là hai mặt màng xà
B’
A’

l
phòng).
Vậy, năng lượng mặt ngoài của màng tăng thêm đúng
bằng công mà ngoại lực thực hiện làm tăng diện tích màng thêm một lượng :
∆A = ∆W = σ∆S = σ 2l ∆x = F ∆x

Công tính tính lực căng bề mặt : F = 2σ l
2.4. Hiện tượng dính ướt và không dính ướt
Hiện tượng mặt thoáng chất lỏng ở chỗ tiếp giáp với thành bình không thẳng
góc với thành bình mà bị khum lồi lên hay khum lõm xuống là do sự dính ướt hoặc
không dính ướt.
Để đặc trưng cho độ khum lồi hay độ khum lõm người ta đưa khái niệm góc bờ
θ. Nếu θ < π/2 thì chất lỏng làm dính ướt thành bình; nếu θ > π/2 thì chất lỏng không
làm dính ướt thành bình; nếu θ = 0 thì chất lỏng làm dính hoàn toàn vật rắn (dính ướt
hoàn toàn); nếu θ = π thì chất lỏng không làm ướt hoàn toàn vật rắn (sự không dính
ướt hoàn toàn).

- 17 -


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

* Giải thích hiện tượng dính ướt và không dính ướt:
Xét phần tử A của chất lỏng tại chỗ tiếp giáp với thành bình. Phân tử A này
r
r
r
chịu tác dụng của hai lực Flr và Fll . Lực Fll là lực tương tác giữa phân tử A với các
r

phân tử chất lỏng, lực này hướng theo đường phân giác của góc vuông tại A. Lực Flr
là lực tương tác giữa phân tử A với các phân tử chất lỏng, lực này vuông góc với thành
r
r
bình và kéo A về phía thành bình, tổng hợp lực của chúng sẽ là lực F . Nếu Flr làm
r
cho tổng hợp lực F lệch về phía thành bình ta nói có hiện tượng dính ướt vật rắn.

r

Dưới tác dụng của tổng hợp lực F phân tử A sẽ di chuyển theo thành bình lên
r
phía trên cho đến khi tổng hợp lực F vuông góc với mặt thoáng của chất lỏng tại chỗ
tiếp giáp. Kết quả là mặt thoáng của chất lỏng cong lên phía trên (mặt cong lõm).
r
r
Trong trường hợp Fll làm cho tổng hợp lực F lệch về phía chất lỏng ta nói có
hiện tượng không dính ướt vật rắn.

r

Dưới tác dụng của tổng hợp lực F phân tử A sẽ di chuyển theo thành bình
r
hướng xuống dưới cho đến khi hợp lực F vuông góc với mặt thoáng chất lỏng tại chỗ
tiếp giáp. Kết quả là mặt thoáng chất lỏng cong xuống phía dưới (mặt cong lồi).
2.5. Hiện tượng mao dẫn
Hiện tượng mực chất lỏng dâng lên hoặc hạ xuống trong các ống có bàn kính
nhỏ, trong các vách hẹp, khe hẹp … so với mực chất lỏng ở ngoài. Nguyên nhân gây
ra hiện tượng mao dẫn là do các hiện tượng dính ướt và không dính ướt, chúng làm

- 18 -


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

cho mặt ngoài của chất lỏng trong ống bị cong đi và các mặt cong này gây nên áp suất
phụ. Trong trường hợp có áp suất phụ âm (mặt ngoài lõm xuống) thì nó kéo cột chất
lỏng trong ống lên cao. Trong trường hợp áp suất phụ dương (mặt ngoài lồi lên) thì nó
nén cột chất lỏng xuống thấp.
Đối với chất lỏng làm ướt vật rắn
Ta lấy một ống mao dẫn tiết diện tròn, nhúng ống vào chất lỏng có hệ số căng
mặt ngoài σ. Mặt thoáng của chất lỏng là mặt cong lõm và có dạng một chỏm cầu. Gọi
tâm hình cầu là C, bán kính là R. Do hiện tượng căng bề mặt, mặt lõm của khối lỏng ở
trong ống có xu hướng trở thành phẳng để có diện tích bề mặt nhỏ nhất, nên nó đã tác
dụng lên phần nước bên dưới một áp suất phụ p’ hướng lên trên.

Áp suất phụ này có tác dụng ngược với áp suất ngoài lên mặt thoáng của chất
lỏng trong ống mao dẫn, do đó làm mất cân bằng thuỷ tĩnh và nước trong ống bị đẩy
lên cho đến khi áp suất thuỷ tĩnh trong ống mao dẫn bằng với độ lớn áp suất phụ p’. Áp
suất phụ mà bề mặt ngoài lõm tác dụng lên cột chất lỏng bên dưới bằng thương số giữa
lực kéo mép nước lên với tiết diện trong của ống mao dẫn. Lực kéo mép nước lên có
độ lớn bằng lực căng bề mặt của nước nhưng ngược chiều.
Lực căng bề mặt của nước trong ống mao dẫn:
F = σ l = σπ d , trong đó d là đường kính trong của ống.
'
Gọi F’ là lực kéo mép nước, thì: F = F . Do đó:
σπ d
p' =
2
 d  , còn áp suất thuỹ tĩnh p = ρ gh .

π ÷
2

'
Cho p = p , ta rút ra được: h =

4σ
, đó chính là công thức tính độ chênh lệch
ρgd

mực chất lỏng ở ống mao dẫn.
Đối với trường hợp không dính ướt thì áp suất phụ p’ hướng xuống dưới và
cột chất lỏng trong ống tụt xuống cho đến khi có cân bằng áp suất thuỷ tĩnh trong ống
và ngoài chậu. Các lập luận cũng tương tự trường hợp trên.
3. Sự chuyển thể của các chất
Khí

Đông đặc

Lỏng

- 19 -

Nóng chảy

Rắn


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

Chất tồn tại ở trạng thái nào (còn gọi là thể) là tùy thuộc vào điều kiện ngoài (nhiệt
độ, áp suất...). Khi điều kiện thay đổi thì trạng thái (thể) của chất cũng thay đổi.
Ví dụ: Ở áp suất 1atm và nhiệt độ thấp hơn 0 0C thì nước ở trạng thái rắn (nước đá),
ở áp như cũ nhưng nhiệt độ nằm trong khoảng 0 0C đến 1000C thì nước ở trạng thái
lỏng, còn ở nhiệt độ cao hơn 1000C thì nước ở trạng thái hơi khí.
Sự chuyển thể (sự chuyển pha) là quá trình mà ở đó xảy ra sự chuyển của chất
từ thể này sang thể khác.
3.1. Biến đổi pha
Sự biến đổi trạng thái của chất là những trường hợp riêng của biến đổi pha.
Người ta phân sự chuyển pha thành 2 loại là biến đổi pha loại 1 và biến đổi pha loại 2.
3.1.1. Biến đổi pha loại 1
Sự biến đổi pha loại 1 là những quá trình mà chất ban đầu chuyển từ pha này
sang pha khác ở áp suất và nhiệt độ không đổi có kèm theo những đặc trưng: thu nhiệt
hay tỏa nhiệt (nhiệt chuyển pha); thay đổi đột biến thể tích riêng; tồn tại trạng thái kém
bền vững ở lân cận điểm chuyển pha như trạng thái quá lạnh, trạng thái quá bão hòa.
Các biến đổi thuộc loại này gồm : biến đổi từ rắn sang lỏng (sự nóng chảy) và
ngược lại (sự đông đặc hay kết tinh); sự biến đổi từ lỏng sang hơi (sự hóa hơi bao gồm
sự sôi và bay hơi) và sự chuyển ngược lại (sự ngưng tụ); sự biến đổi từ rắn sang hơi
(sự thăng hoa) và ngược lại (sự ngưng kết). Một số biến đổi từ dạng tinh thể này sang
dạng tinh thể khác cũng thuộc loại này như một số chuyển hóa đa hình.
3.1.2. Biến đổi pha loại 2
Biến đổi pha loại 2 có những đặc trưng : không có nhiệt chuyển pha; thể tích
riêng của chất không có sự thay đổi đột biến tại điểm chuyển pha; nhiệt dung riêng của
chất thay đổi đột biến tại diểm chuyển pha; hệ số dãn nở nhiệt và hệ số nén đẳng nhiệt
cũng thay đổi đột biến khi chuyển pha; không quan sát thấy những trạng thái kém bền
vững ở lân cận điểm chuyển pha.
Các biến đổi pha loại này gồm : sự chuyển của kim loại từ trạng thái sắt từ
sang trạng thái thuận từ tại điểm chuyển pha gọi là Curie như sắt 770 0C, côban 1120
0
C…; sự chuyển của kim loại trạng thái siêu dẫn ở nhiệt độ rất thấp như Chì 7,26K,

thiếc 3,71K… Ngoài ra còn có sự chuyển của Heli lỏng I sang Heli lỏng II ở nhiệt độ
2.2K và một số biến đổi pha trong vật rắn kết tinh.
3.2. Sự nóng chảy và sự đông đặc
3.2.1 Nhiệt độ nóng chảy
Sự nóng chảy là quá trình các chất biến đổi từ trạng thái rắn sang trạng thái
lỏng. Nhiệt độ cung cấp cho vật rắn nóng chảy gọi là nhiệt độ nóng chảy hay điểm
nóng chảy. Dưới áp suất ngoài nhất định, vật rắn kết tinh của một chất có nhiệt độ
nóng chảy xác định và nhiệt độ đó không đổi trong suốt thời gian nóng chảy mặc dù
khi đó vật vẫn nhận được nhiệt từ ngoài. Sau khi vật rắn đã nóng chảy thì nhiệt của
khối lỏng tiếp tục tăng nếu ta vẫn đun nóng vật.
Quá trình các chất biến đổi từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn (sự đông đặc)
chỉ xảy ra khi khối lỏng truyền nhiệt cho các vật ngoài. Nhiệt độ đông đặc cũng không
đổi trong suốt thời gian đông đặc mặc dù khối nhiệt vẫn truyền cho vật ngoài.
Ta sử dụng thuyết động học phân tử để giải thích hiện tượng nóng chảy và đông
đặc. Khi nung nóng vật rắn kết tinh, động năng trung bình của mỗi hạt cấu tạo vật rắn
tăng lên và chúng sẽ xa nhau hơn là cho vật dãn nở. Lúc đó một phần của động năng

- 20 -


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

tăng thêm dùng để thắng lực tương tác giữa các hạt (lúc này là lực hút) làm cho thế
năng tương tác tăng lên. Tiếp tục nung nóng thì cả thế năng tương tác và động năng
trung bình của hạt tiếp tục tăng và do đó nhiệt độ của vật tăng. Khi động năng trung
bình của hạt đủ lớn đến mức lực hút giữa các hạt không còn giữ được chúng ở các nút
mạng thì mạng tinh thể bị phá vỡ dần và bắt đầu sự nóng chảy. Tiếp tục nung nóng thì
thì hiện tượng nóng chảy cứ tiếp diễn cho đến khi vật rắn nóng chảy hết. Trong quá
trình nóng chảy nội năng của vật đã tăng lên nhờ năng lượng cung cấp từ ngoài dưới
dạng truyền nhiệt. Vì trong quá trình nóng chảy nhiệt độ của hệ không đổi nên phần

nội năng tăng thêm chỉ là tăng thế năng của các hạt. Hiện tượng đông đặc cũng giải
thích tương tự.
3.2.2. Nhiệt nóng chảy riêng
Khi nóng chảy vật rắn kết tinh luôn nhận được nhiệt từ ngoài, khi đông đặc
khối lỏng luôn tỏa nhiệt ra. Lượng nhiệt nhận vào đúng bằng lượng nhiệt tỏa ra gọi là
nhiệt nóng chảy Q. Nhiệt lượng cần làm nóng chảy hoàn toàn một đơn vị khối lượng
một chất ở nhiệt độ không đổi gọi là nhiệt nóng chảy riêng, ký hiệu là λ. Đơn vị là
J/kg. Nhiệt nóng chảy được xác định bởi : Q = λ m
3.2.3. Sự biến đổi thể tích riêng khi chuyển thể
Đa số trường hợp, thể tích riêng của chất tăng lên khi nóng chảy và giảm đi khi
đông đặc. Song cũng có trường hợp bất thường : nước đá nổi trên nước, bitsmút rắn
nổi trên bitsmút lỏng, gang cục nổi trên gang lỏng … thì thể tích riêng của chúng giảm
đi khi nóng chảy và tăng lên khi đông đặc.
3.2.4. Sự đông đặc
Quá trình các chất biến đổi từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn gọi là sự đông đặc.
Sự đông đặc chỉ có thể xảy ra khi khối lỏng truyền nhiệt cho các vật ngoài. Nhiệt độ
đông đặc cũng không đổi trong suốt thời gian đông đặc mặc dù khối nhiệt vẫn truyền
cho vật ngoài.
Chất rắn kết tinh nóng chảy và đông đặc ở cùng một nhiệt độ dưới những điều
kiện như nhau.
Chất rắn vô định hình như nhựa đường, thuỷ tinh, nhựa thông,… bị nung nóng thì
mềm dần cho đến khi là lỏng và nhiệt độ tăng liên tục. Khi các vật này đông đặc thì
nhiệt độ của chúng giảm liên tục. Vậy các chất vô định hình không có nhiệt độ nóng
chảy hay đông đặc nhất định.
3.2.5. Ứng dụng
Sự nóng chảy và đông đặc chủ yếu là của kim loại, được ứng dụng trong công
nghệ đúc, chế tạo ra một số hợp kim có những tính chất mong muốn nhờ pha trộn sau
khi nấu chảy.
3.3. Sự hóa hơi và sự ngưng tụ
3.3.1. Sự hóa hơi

Sự hóa hơi là quá trình chất biến đổi từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi. Sự
hóa hơi báo gồm sự bay hơi và sự sôi.
Sự bay hơi là sự hóa hơi xảy ra trên mặt thoáng chất lỏng ở nhiệt độ bất kỳ.
* Hiện tượng bay hơi được giải thích như sau: ở một nhiệt độ xác định, các
phân tử chất lỏng có động năng khác nhau, ở lớp mặt ngoài của khối chất lỏng những
phân tử có động năng đủ lớn (lớn hơn động năng trung bình) có thể thắng lực hút của
các phân tử chất lỏng ở gần chúng và thoát ra khỏi khối lỏng tạo thành hơi của chất đó

- 21 -


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

ở trên mặt thoáng. Khi nhiệt độ tăng thì số phân tử có động năng đủ lớn nhiều nên số
phân tử thoát ra ngoài chất lỏng nhiều, tức tốc độ bay hơi tăng theo nhiệt độ.
Khi chuyển sang trạng thái hơi, các phân tử chuyển động hỗn loạn trên bề mặt
khối lỏng, có thể quay trở về trong khối lỏng và trở thành phân tử của chất lỏng gọi là
sự ngưng tụ. Sự ngưng tụ xảy ra đồng thời trên mặt thoáng chất lỏng làm giảm tốc độ
bay hơi.
3.3.2. Nhiệt hóa hơi
Khi bay hơi lượng chất lỏng lạnh dần đi và nó mất dần những phần tử có động
năng lớn nên động năng trung bình của các phân tử cộng lại trong chất lỏng giảm dần.
Để giữ nhiệt độ của chất lỏng không thay đổi khi bay hơi thì phải truyền nhiệt cho nó.
Nhiệt lượng đó gọi là nhiệt hóa hơi Q, nó bù vào phần nội năng bị mất đi khi bay hơi.
Nhiệt lượng cần để cung cấp cho một đơn vị khối lượng ở trạng thái lỏng
chuyển tất cả thành trạng thái hơi ở nhiệt độ không đổi gọi là nhiệt hóa hơi riêng L.
Công thức tính nhiệt hóa hơi : Q = L.m
3.3.3. Hơi bão hòa
Trên mặt thoáng chất lỏng luôn xảy ra đồng thời cả hai quá trình bay hơi và
ngưng tụ. Khi bay hơi, số phân tử thoát ra khỏi chất lỏng trong một đơn vị thời gian là

nhh và qua một đơn vị mặt ngoài (mặt thoáng) chất lỏng thì số phân tử bay hơi n hh tăng
theo nhiệt độ. Ở cùng nhiệt thì nhh phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng. Số phân tử
hơi bay vào trong chất lỏng trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị mặt thoáng là
nhl. Khi nhiệt độ tăng thì số phân tử ngưng tụ n hl tăng theo và mật độ phân tử n0 tăng
lên. Lúc đầu nhh > nhl thì chất lỏng hóa hơi. Khi ở một nhiệt độ nhất định, do chất lỏng
bay hơi nên mật độ phân tử hơi n 0 tăng lên kéo theo số phân tử hóa lỏng n hl tăng lên
đến khi nhh = nhl thì có hơi bão hòa. Như vậy, trạng thái hơi bão hòa là trạng thái hơi
cân bằng động với chất lỏng của nó.
Khi xảy ra trạng thái hơi bão hòa áp suất của hơi đạt giá trị cực đại gọi là áp
suất hơi bão hòa pbh. Hơi bão hòa có các đặc tính : thứ nhất, ở nhiệt độ không đổi áp
suất hơi bão hòa của một chất có giá trị nhất định ; thứ hai, với cùng một chất lỏng áp
suất hơi bão hòa phụ thuộc vào nhiệt độ ; thứ ba, áp suất hơi bão hòa không phụ thuộc
vào thể tích hơi.
3.3.4. Sự sôi
Sự sôi là quá trình hóa hơi xảy ra trong toàn bộ khối lỏng. Sự sôi xảy ra khi áp suất
hơi của chất lỏng bằng hay lớn hơn áp suất không khí ở phía trên mặt thoáng của chất
lỏng.
Sự sôi của chất lỏng là quá trình hóa hơi mạnh bằng sự tạo thành các bọt hơi
trong lòng chất lỏng, các bọt hơi này thoát qua mặt thoáng ra ngoài.
* Ta giải thích cơ chế của sự sôi như sau:
Để có sự sôi thì trong chất lỏng phải có bọt hơi. Điều kiện để có các bọt hơi là
áp suất hơi và khí bên trong bọt phải cân bằng với áp suất bên ngoài nén bọt hơi lại.
Các áp suất bên trong bọt khí gồm có áp suất hơi bão hòa của chất lỏng p bh, áp suất các
khí khác hòa tan trong chất lỏng p’. Các áp suất bên ngoài gồm có áp suất khí quyển
nén trên mặt thoáng chất lỏng H, áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng ρgh và áp suất phụ
2α
. Như vậy, điều kiện tồn tại bọt khí là
R
2α
2α

pbh + p' = H + ρgh +
. Khi bọt khí khá lớn thì
có giá trị nhỏ, mặt khác độ sâu của
R
R

gây ra do mặt cầu của bọt

h cũng không lớn lắm nên ρgh cũng nhỏ so với H và áp suất p’ cũng không lớn. Do độ

- 22 -


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

sai lệch không lớn nên ta có pbh ≈ H. Khi đã có điều kiện pbh ≈ H thì các bọt hơi không
bị bóp vỡ trong lòng chất lỏng mà nhờ lực đẩy Ác-si-mét nó đi lên mặt thoáng và vỡ
tung rồi tống hơi ra ngoài.
Căn cứ vào điều kiện sôi pbh ≈ H người ta rút ra định luật cơ bản về sự sôi:
Dưới áp suất ngoài xác định H, một chất lỏng sôi ở nhiệt độ t s ứng với áp suất hơi bão
hòa pbh của nó bằng áp suất ngoài H. Khi sôi, nhiệt độ của chất lỏng không thay đổi
nên ts gọi là nhiệt độ sôi. Như vậy, nhiệt độ sôi phụ thuộc áp suất ngoài H.
4. Độ ẩm của không khí
Độ ẩm KK

Độ ẩm tuyệt đối

Độ ẩm tỉ đối

Độ ẩm cực đại

Độ ẩm không khí là một khía cạnh của sự bay hơi nước trong khí quyển. Hai
phần ba Trái Đất bị nước bao phủ. Lượng nước này không ngừng bay hơi tạo thành
một lớp hơi nước trong khí quyển dầy từ 10 đến 17 km. Mọi quá trình bay hơi trong
khí quyển đều phụ thuộc độ ẩm của không khí. Việc khảo sát độ ẩm của không khí có
ý nghĩa hết sức quan trọng trong đời sống và trong kỹ thuật.
4.1. Độ ẩm tuyệt đối
Độ ẩm tuyệt đối a của không khí cho biết khối lượng hơi nước tính ra gam chứa
trong 1m3 không khí.
4.2. Độ ẩm cực đại
Độ ẩm cực đại A của không khí ở một nhiệt độ nào đó cho biết khối lượng hơi
nước bão hòa tính ra gam chứa trong 1m3 không khí.
4.3. Độ ẩm tỉ đối
Độ ẩm tỉ đối f =

a
mô tả mức độ ẩm của không khí ở nhiệt độ tương ứng. Độ
A

ẩm tỉ đối càng lớn, hơi nước trong không khí càng gần trạng thái bão hòa của nó và
nước càng khó tiếp tục bay hơi thêm trong không khí.
Những dự đoán thời tiết đòi hỏi phải xác định chính xác đồng thời cả độ ẩm
tuyệt đối và độ ẩm tỉ đối của không khí. Khi nhiệt độ tăng thì độ ẩm tuyệt đối và độ
ẩm cực đại đều tăng nhưng độ ẩm cực đại tăng nhanh hơn nên độ ẩm tương đối giảm
đi. Độ ẩm tương đối có giá trị càng lớn thì hơi nước trong không khí càng gần trạng
thái bão hòa hơn và nước càng khó tiếp tục bay hơi vào không khí. Độ ẩm tuyệt đối
vào buổi trưa thường cao hơn vào buổi chiều, ở miền nhiệt đới cao hơn miền ôn đới.
Ngược lại, độ ẩm tương đối thường có giá trị nhỏ vào buổi trưa, độ ẩm tương đối về
mùa đông thường lớn hơn về mùa hè. Độ ẩm tương đối của không khí thường rất cao
vào khoảng 80% đến 90% tùy theo vùng địa lý.
Sự bay hơi qua da có vai trò rất lớn trong việc điều hòa thân nhiệt. Sự bay hơi

này phụ thuộc vào độ ẩm tuyệt đối của không khí tức là phụ thuộc vào độ ẩm tương
đối. Ngoài ra, hơi nước trong không khí còn có sự ảnh hưởng rất lớn đến độ bền vật
liệu, ảnh hưởng đến các quá trình sinh học…

- 23 -


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

4.3. Vai trò của độ ẩm
- Độ ẩm tỉ đối là một thông số quan trọng trong dự báo thời tiết
- Độ ẩm ảnh hưởng đến độ bền của vật liệu: han rỉ kim loại, làm mục gỗ.
- Độ ẩm và nhiệt độ là điều kiện cần thiết cho quá trình sinh học (lên men,…)
4.4. Đo độ ẩm
Để đo độ ẩm của không khí người ta dùng ẩm kế nhưng cách đo này thường chỉ
cho các giá trị gần đúng. Muốn đo chính xác phải đo gián tiếp thông qua việc xác định
điểm sương. Biết nhiệt độ của điểm sương có thể dùng bảng ghi áp suất của hơi nước
bão hòa và độ ẩm cực đại ứng với một nhiệt độ xác định để suy ra độ ẩm tuyệt đối và
độ ẩm tương đối.

- 24 -


Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông 1

C. KẾT LUẬN
Môn học nghiên cứu chương trình Vật lí THPT rất cần thiết với những ai đã,
đang và sắp đứng trên bục giảng. Tìm hiểu môn học, giáo viên sẽ đạt được mục tiêu
dạy học, có phương pháp nghiên cứu về chương trình và nội dung sâu sắc hơn.
Trong tiểu luận này tôi đã tổng hợp và hệ thống được những kiến thức cơ bản

trong chương VII SGK cơ bản Vật lí 10. Mỗi đơn vị kiến thức đều có sự phân tích, lập
luận lôgic và khoa học đưa đến kiến thức cụ thể nhất.
Tuy nhiên, tiểu luận chỉ trình bày được một phần nội dung kiến thức chương
VII trong SGK Vật lí 10. Hơn nữa, do thời gian có hạn, nhiều chỗ kiến thức trình bày
chưa được rõ ràng, sâu sắc chắc chắn thiếu sót là điều không tránh khỏi.
Mong Thầy và các bạn góp ý cho tiểu luận được hoàn chỉnh hơn.

- 25 -