Ngụy biện và chính luận trong tri thức vật lý

  • Số trang: 102 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 12 |
  • Lượt tải: 0
minhtuan

Đã đăng 15929 tài liệu

Mô tả:

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƢ PHẠM BỘ MÔN SƢ PHẠM VẬT LÝ  Tên của đề tài NGỤY BIỆN VÀ CHÍNH LUẬN TRONG TRI THỨC VẬT LÝ Luận văn Tốt nghiệp Ngành: Sƣ phạm Vật Lý Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện ThS. Dƣơng Quốc Chánh Tín Nguyễn Thị Phƣơng Mai Lớp: SP Vật Lý – Công Nghệ K36 MSSV: 1107622 Cần Thơ – 05/2014 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cám ơn thầy Dương Quốc Chánh Tín đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành bài luận văn này. Đồng thời em cũng xin cảm ơn gia đình, tất cả thầy cô trong bộ môn Vật lý, Khoa Sư phạm, trường Đại học Cần Thơ và các bạn cùng lớp Vật lý – Công nghệ K36, các bạn cùng bộ môn cùng khóa đã hỗ trợ và động viên tôi rất nhiều trong thời gian thực hiện đề tài. Dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng trong quá trình thực hiện còn có những thiếu sót. Rất mong sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn sinh viên Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Phương Mai MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1 1.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ............................................................................................................. 1 2.MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................................................ 1 3.THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ .......................................................................................................... 1 4. CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI.......................................................................................... 2 5. PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ........................................... 2 PHẦN NỘI DUNG ...................................................................................................................... 3 A.GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ ........................................................................................................... 3 B.NỘI DUNG............................................................................................................................... 4 CHƢƠNG 1: CHẤT LỎNG NHIỆT ............................................................................................ 4 1. SỰ KIỆN VẬT LÝ ................................................................................................................... 4 2. NGỤY BIỆN: NHIỆT LÀ “CHẤT LỎNG KHÔNG TRỌNG LƢỢNG” ............................... 4 3. CHÍNH LUẬN: NHIỆT LÀ VẬN ĐỘNG ............................................................................... 6 3.1.Thuyết động học phân tử ........................................................................................................ 7 3.1.1.Cơ sở của thuyết động học phân tử ..................................................................................... 7 3.1.2.Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử ........................................................... 12 3.1.3.Các hằng số cơ bản trong thuyết động học phân tử và nội dung của thuyết ....................14 3.2.Khái niệm về nhiệt độ, thể tích và áp suất (các thông số vĩ mô) ..........................................15 3.2.1.Khái niệm về nhiệt độ: .......................................................................................................15 3.2.2.Khái niệm về áp suất và thể tích (P và V) ..........................................................................18 3.2.3.Lý thuyết thống kê và giá trị trung bình.............................................................................18 3.3.Sự truyền nhiệt lƣợng............................................................................................................19 3.3.1.Nhiệt lượng là gì? ..............................................................................................................19 3.3.2.Sự truyền nhiệt diễn ra theo các cơ chế nào? ....................................................................20 3.4.Những nguyên lý cơ bản của nhiệt động lực học .................................................................25 3.4.1.Năng lượng chuyển động nhiệt và nội năng của hệ........................................................... 25 3.4.2.Sự liên quan gia nhiệt và công ........................................................................................... 28 3.4.3. So sánh giữa năng lượng với nhiệt và công: ....................................................................29 3.4.4. Những nguyên lý cơ bản của nhiệt động lực học.............................................................. 30 Chƣơng 2: CHẤT LỎNG ĐIỆN .................................................................................................35 1. HIỆN TƢỢNG VẬT LÝ ........................................................................................................35 1.1.Hiện tƣợng nhiễm điện do cọ xát .......................................................................................... 36 1.2.Hiện tƣợng truyền điện – tƣơng tác giữa các vật nhiễm điện ...............................................36 2. NGỤY BIỆN VÀ SỰ TỒN TẠI CỦA NÓ ............................................................................38 3. NỘI DUNG CƠ BẢN CỦA THUYẾT CHẤT LỎNG ĐIỆN VÀ VAI TRÒ CỦA NÓ .......41 3.1. Nội dung cơ bản của thuyết chất lỏng điện..........................................................................41 3.2. Vai trò của thuyết chất lỏng điện trong việc giải thích đƣợc các hiện tƣợng nhiễm điện và truyền điện ............................................................................................................................... 42 4. SỰ SỤP ĐỔ CỦA THUYẾT CHẤT LỎNG ĐIỆN ............................................................... 43 4.1. Sự mâu thuẫn giữa thuyết chất lỏng điện với cơ học Newton .............................................44 4.2. Những khó khăn nghiêm trọng đầu tiên của thuyết chất lỏng điện .....................................44 5. CHÍNH LUẬN ĐÚNG ĐẮN VỀ ĐIỆN.................................................................................46 5.1. Sự phát kiến ra hạt electron .................................................................................................46 5.1.1. Nguyên tử luận ..................................................................................................................46 5.1.2.Nguyên tử điện và sự khám phá ra hạt electron ................................................................ 47 5.2.Các đặc điểm của hạt electron .............................................................................................. 53 5.2.1.Khối lượng (tĩnh) ...............................................................................................................53 5.2.2.Điện tích ............................................................................................................................. 53 5.2.3.Spin (hay mônmen động lượng riêng) ...............................................................................53 5.2.4.Thời gian sống: Coi bằng  .............................................................................................. 53 5.2.5.Mômen lưỡng cực từ riêng.................................................................................................53 5.2.6.Mômen lưỡng cực điện riêng ............................................................................................. 54 5.3.Mẫu Thompson và mẫu nguyên tử thái dƣơng hệ Rutherford..............................................54 5.3.1.Mẫu Thompson: (William thompson) ................................................................................54 5.3.2.Mẫu nguyên tử Rutherford (Mẫu hành tinh nguyên tử Rutherford) ..................................55 5.4. Chất dẫn điện và chất cách điện........................................................................................... 56 5.4.1.Định nghĩa ......................................................................................................................... 56 5.4.2.Điện tích ............................................................................................................................. 57 5.4.3.Chất dẫn điện và chất cách điện ........................................................................................ 58 5.5.Ba cách nhiễm điện cho các vật ............................................................................................ 59 5.5.1.Sự nhiễm điện của các vật do cọ xát ..................................................................................59 5.5.2.Nhiễm điện do hưởng ứng..................................................................................................59 5.5.3.Sự nhiễm điện do tiếp xúc với vật đã nhiễm điện: ............................................................. 59 5.6.Điện trƣờng ........................................................................................................................... 60 5.6.1.Khái niệm điện trường: ......................................................................................................60 5.6.2.Cường độ điện trường ........................................................................................................61 5.6.3.Các tính chất của điện trường ........................................................................................... 62 6. Kết luận ...................................................................................................................................62 6.1. Phát biểu chính luận .............................................................................................................62 6.2. Hệ quả ..................................................................................................................................63 6.2.1. Thuyết electron cổ điển về dòng điện dẫn ........................................................................63 6.2.2. Một số hiện tượng về điện .................................................................................................67 CHƢƠNG 3: ÊTE VŨ TRỤ .......................................................................................................71 1.Tìm hiểu về bản chất ánh sáng .................................................................................................72 1.1.Sơ lƣợc những giả thuyết về bản chất ánh sáng....................................................................72 1.2.Bản chất điện từ của ánh sáng............................................................................................... 75 1.2.1.Trường điện từ và hệ thống các phương trình Maxwell ....................................................75 1.2.2.Bản chất điện từ của ánh sáng ........................................................................................... 77 2.NGỤY BIỆN VỀ SỰ TỒN TẠI CỦA “ÊTE VŨ TRỤ” ......................................................... 78 3.SỰ RA ĐỜI CỦA THUYẾT TƢƠNG ĐỐI HẸP ...................................................................81 3.2.Những cơ sở của thuyết tƣơng đối hẹp .................................................................................83 3.2.1.Những vấn đề tồn tại cơ bản của vật lý cổ điển.................................................................83 3.2.2.Một số thí nghiệm cơ sở của thuyết tương đối ...................................................................84 3.3. Hạt nhân của thuyết tƣơng đối hẹp ......................................................................................87 3.3.1.Tiên đề một: Nguyên lý tương đối Einstein .......................................................................87 3.3.2.Tiên đề hai: Nguyên lý vận tốc ánh sáng không đổi .......................................................... 87 3.3.3.Những hệ quả của thuyết tương đối ...................................................................................88 4.TẦM QUAN TRỌNG CỦA THUYẾT TƢƠNG ĐỐI HẸP ...................................................90 PHẦN KẾT LUẬN ................................................................................................................... 92 PHẦN MỞ ĐẦU 1.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Thế giới càng ngày càng phát triển, con ngƣời càng ngày càng hiện đại, đòi hỏi sự tiến bộ kỹ thuật và phát sinh nhiều phát minh mới. Một sự vật sinh ra lại nảy sinh thêm một sự việc kèm theo, thế là nhiều thành tựu mới đƣợc hình thành. Tuy nhiên, để có những thành tựu nhƣ ngày hôm nay, chúng đã trãi qua rất nhiều quá trình phát sinh, tranh cãi, đào thải và chọn lọc…để đƣợc kết quả nhƣ ngày hôm nay. Quá trình đó là một tiến trình rất dài, trãi qua nhiều thế kỷ cùng với sự tranh cãi gay gắt giữa các nhà khoa học. Vật lý học cũng vậy, đã phải trãi qua nhiều chặn đƣờng gian khổ, tiến lên từ cái chƣa biết đến cái đã biết, từ cái chƣa đầy đủ, đến cái đầy đủ và hoàn chỉnh hơn, từ cái giả định ban đầu đến chân lý khoa học. Một thời gian dài thế giới phải chấp nhận cái giả định gọi là ngụy biện, từ giải thích đƣợc một vài hiện tƣợng, đến gán ép, chấp nhận với nhiều mâu thuẫn không thể giải quyết, đi đến bế tắc. Vậy các nhà khoa học đã giải quyết các bế tắc đó nhƣ thế nào? Những “giả định” nhƣ thế ngƣời ta gọi là “ngụy biện”? Tại sao “ngụy biện” vẫn đƣợc khoa học đƣơng thời chấp nhận? Nó tồn tại nhƣ thế nào và có giá trị ở đâu? Và cuối cùng nó đƣợc giải quyết ra sao? Thay cho nó là những “chính luận”. Và bản chất cuối cùng của các sự vật, hiện tƣợng đó là nhƣ thế nào? Chúng ta sẽ giải thích bằng cách tìm hiểu đề tài “Ngụy biện và chính luận trong tri thức vật lý”. Đây là một đề tài thú vị và bổ ích, ứng dụng rất nhiều trong việc dạy và học ở chƣơng trình phổ thông, làm tăng thêm sự sinh động và phong phú cho tiết học. 2.MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Tìm hiểu về 3 “ngụy biện” điển hình trong lịch sử vật lý học, đó là: chất lỏng nhiệt, chất lỏng điện và ête vũ trụ; và các chính luận tƣơng ứng. Qua đó, ta hiểu hơn về nguồn gốc, bản chất của các sự vật, hiện tƣợng. Cụ thể là đi tìm hiểu bản chất của nhiệt, bản chất của điện và bản chất điện từ của ánh sáng phân biệt đƣợc hai khái niệm quan trọng là nhiệt độ và nhiệt lƣợng, phạm vi áp dụng nguyên lý II Nhiệt động lực học, sự phát kiến ra hạt electron và hệ quả của nó, cơ chế lan truyền của ánh sáng (sóng điện từ) trong chân không, thuyết tƣơng đối hẹp của Enistein, vấn đề chết nhiệt của vũ trụ,… 3.THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ Nhận thức thế giới tự nhiên là một quá trình liên tục và có tính chất kế thừa. Để tiếp cận dễ dàng những tri thức mới, ngƣời ta không quên nhìn lại quá khứ để tìm hiểu nguồn gốc cũng nhƣ quá trình hình thành và phát triển của chúng. Trên cơ sở đó họ đã không ngừng nghiên cứu, sáng tạo ra cái mới, tìm ra những quy luật chung nhất của tự nhiên. Nhƣng tự nhiên, vũ trụ là vô tận mà nhận thức của con ngƣời là có hạn, cho nên mặc dầu chúng ta đã đạt đƣợc những thành tựu to lớn về khoa học, kỹ thuật nhƣng quá trình nhận thức không khép lại ở đây. Con đƣờng tiến lên của vật lý học còn dài, còn mở rộng và còn nhiều trở ngại nhƣng tuyệt nhiên không bao giờ đứng lại. Con ngƣời không bao Luận văn Tốt nghiệp Trang 1 giờ thỏa mãn với cái hiện có, con ngƣời sẽ không ngần ngại trƣớc khó khăn, con ngƣời sẵn sàng hy sinh cho khoa học và sẽ đƣa khoa học lên đỉnh vinh quang. 4. CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI Giả thuyết 1: Nếu tồn tại chất lỏng không trọng lƣợng thì mâu thuẫn với cơ học Newton, là một chân lý đã đƣợc khoa học xác nhận đúng đắn. Vì bất kỳ vật nào đặt trong trọng trƣờng của Trái Đất đều mang một trọng lƣợng. Thừa nhận định luật vạn vật hấp dẫn vũ trụ của Newton thì mặc nhiên đã thừa nhận sự kiện này. Giả thuyết 2: Nếu áp dụng nguyên lý II Nhiệt động lực học ra toàn vũ trụ thì dẫn đến trạng thái chết nhiệt của vũ trụ (mâu thuẫn với chủ nghĩa duy vật biện chứng). Từ đó thấy đƣợc tính chất tƣơng đối của các định luật, chỉ là sự phản ánh gần đúng với thực tế khách quan. Giả thuyết 3: Nếu tồn tại ête vũ trụ thì mâu thuẫn với kết quả thí nghiệm của Michelson. Vì thí nghiệm của Michelson không hề phát hiện đƣợc gió ête. 5. PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Nghiên cứu đề tài dựa trên cơ sở phân tích những tài liệu, những thông tin có liên quan rồi tổng hợp lại, từ đó rút ra nhận xét và đánh giá cùng với sự hƣớng dẫn của giáo viên hƣớng dẫn. Luận văn Tốt nghiệp Trang 2 PHẦN NỘI DUNG A.GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ Đối tƣợng nghiên cứu của Vật lý học là thế giới vật chất tồn tại ở hai dạng: hạt và trƣờng thƣờng xuyên vận động. Mỗi quá trình vận động đƣợc thể hiện ở các hiện tƣợng hay biến cố vật lý. Để tìm hiểu hiện tƣợng cần hai công việc là mô tả và giải thích nguyên nhân. Các lập luận giải thích có thể sa vào ngụy biện hoặc đạt đến chính luận. 1. Ngụy biện: Khi gặp bế tắc mà cần phải giải thích, một số nhà Vật lý đã đƣa ra những giả định của riêng họ để giải quyết vấn đề trƣớc mắt; có tác dụng tích cực nhất thời mà không căn cứ vào các chân lý khách quan đã đƣợc khoa học thừa nhận. 2. Chính luận: Vật lý học là một nền khoa học mang tính biện chứng và khách quan, không thể chấp nhận mãi ngụy biện. Những ngụy biện này cũng sẽ đƣợc giải quyết bằng những lý giải chân lý khác, không hề trái ngƣợc với các chân lý khách quan đã đƣợc thừa nhận là chính xác. Và có nhiều cách giải tỏa khác nhau, để thay thế, xóa bỏ ngụy biện để đi đến chính luận. Nội dung luận văn nêu lên vấn đề này bằng ba ví dụ cụ thể đã xảy ra trong lịch sử Vật lý học, liên quan đến các sự kiện sau đây: - Sự truyền nhiệt - Tích điện và truyền điện - Giá đỡ của sóng lan truyền Vì thế nội dung của luận văn gồm ba phần chính: 1. Chất lỏng điện 2. Chất lỏng nhiệt 3. Ête vũ trụ Luận văn Tốt nghiệp Trang 3 B.NỘI DUNG CHƢƠNG 1: CHẤT LỎNG NHIỆT 1. SỰ KIỆN VẬT LÝ Từ thế kỷ thứ XVIII, cơ học đã trƣởng thành nhƣng nhiệt học mới bắt đầu đƣợc hình thành. Ở Cổ đại và Trung đại, nóng và lạnh theo Aristoteles là hai tính chất nguyên thủy của vật chất. Vì vậy, không ai đặt vấn đề nghiên cứu những tính chất của nóng và lạnh. Mãi về sau mới có nhiều câu hỏi đặt ra: “ Tại sao vật này nóng, vật kia lạnh”. Nóng và lạnh có liên quan gì đến vật chất. Cụ thể ta xét các sự kiện Vật lý sau: Vì sao các vật thể có độ nóng lạnh nhƣ nhau hay khác nhau; Ở một vật thể mức độ nóng, lạnh có thể khác nhau ở các phần khác nhau của vật, nhƣ nhau trong toàn vật. Cho hai vật A và B có nhiệt độ khác nhau (nghĩa là độ nóng, lạnh khác nhau). Giả sử TA > TB (vật A nóng hơn vật B), khi cho A và B tiếp xúc nhau, có thể trực tiếp hay gián tiếp, sau một khoảng thời gian ∆t nào đó, ta thấy nhiệt độ hai vật sẽ cân bằng: TA = TB, nghĩa là có sự truyền nhiệt từ A sang B. Ta nói A và B đạt trạng thái cân bằng nhiệt tại T0K. Xét ở cùng một vật, giả sử phần A có nhiệt độ TA cao, phần B có nhiệt độ TB thấp hơn, thì sau khoảng thời gian ∆t nào đó, vật sẽ tiến đến trạng thái cân bằng nhiệt: TA = TB do truyền nhiệt từ phần A sang phần B. Một câu hỏi đặt ra: “Nhiệt là gì mà có thể truyền từ nơi này sang nơi khác? Nguyên nhân nào dẫn đến kết quả trên? Để lý giải mối quan hệ này, các nhà khoa học đƣơng thời đã đã ra nhiều cách lý giải khác nhau. Trong đó có những cách gọi là tạm thời vì chƣa tìm ra cách lý giải phù hợp với chân lý khách quan mà ngƣời ta gọi đó là chính luận. 2. NGỤY BIỆN: NHIỆT LÀ “CHẤT LỎNG KHÔNG TRỌNG LƢỢNG” Tại sao khi để một ấm trà nóng ngoài trời một thời gian thì ấm trà lạnh đi? Tại sao khi ngồi trƣớc bếp lửa sau một thời gian thì cơ thể bị nóng lên? Tại sao một đoàn xe lửa có thể chạy đƣợc khi chỉ dùng than? Và rất nhiều điều kỳ lạ xảy ra làm cho các nhà khoa học quan tâm và nghiên cứu sâu hơn về bản chất của “nhiệt”. Trong buổi đầu nghiên cứu về nhiệt, các nhà khoa học nhận thấy rằng nhiệt có thể “truyền” đƣợc từ vật này sang vật khác. Nhƣng lúc đó ngƣời ta chƣa hiểu “nhiệt là gì?” và nhiệt đƣợc truyền đi nhƣ thế nào? Các nhà khoa học lao vào nghiên cứu và “nhiệt học” bắt đầu phát triển. Con ngƣời lúc đó đã đo đƣợc nhiệt độ; chế tạo đƣợc máy hơi nƣớc,…Mặc dù có những thành công đáng kể nhƣng bản chất của nhiệt đã làm đau đầu các nhà khoa học ở thế kỷ XIX. Thời đó, các nhà bác học đã áp dụng khái niệm đồng dạng (tƣơng tự) trong cơ học chất lỏng để giải thích các hiện tƣợng về nhiệt. Các thí nghiệm của Blec đã chỉ rõ sự bảo toàn nhiệt lƣợng khi có sự trao đổi nhiệt trực tiếp đã gợi Luận văn Tốt nghiệp Trang 4 ý cho các nhà khoa học thời ấy những ý nghĩ sai lầm về nhiệt. Và thuyết chất lỏng nhiệt từ đó ra đời do Euler đề xƣớng. Thuyết này cho rằng, nhiệt là một “chất lỏng không trọng lƣợng” sẽ bảo toàn trong mọi quá trình trao đổi nhiệt. Song song với thuyết chất lỏng nhiệt, Bernoulli và Lomonosov đã phủ nhận sự tồn tại này. Lomonosov đã giả thuyết rằng , hiện tƣợng nhiệt là thuộc tính thể hiện chuyển động không ngừng của các hạt rất nhỏ chứa trong vật chất. Nhƣng thuyết chất lỏng nhiệt thời ấy đã giải thích đƣợc nhiều hiện tƣợng về nhiệt. Thuyết này phù hợp với tƣ tƣởng của Newton, với thuyết này có thể giải thích đƣợc dễ dàng công thức Richman, cũng nhƣ các công thức có liên quan đến “ẩn nhiệt”. Vì vậy, nó đƣợc công nhận một cách rộng rãi và tồn tại trong khoa học đến tận thế kỷ thứ XIX. Và thứ chất lỏng không trọng lƣợng ấy ngƣời ta gọi là chất nhiệt. Lavoazie đề nghị đƣa “chất nhiệt” vào bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học; song không biết nên để ở ô nào. Các nhà bác học lớn nhƣ Newton, Laplace, Mariotte đều ủng hộ thứ hạt đàn hồi không trọng lƣợng ấy. Để giải thích sự truyền nhiệt các nhà bác học đó cho rằng vật nào chứa nhiều chất lỏng nhiệt ấy thì có nhiệt độ cao; và ngƣợc lại, thì có nhiệt độ thấp. Chúng chảy từ vật chứa nhiều chất nhiệt sang vật chứa ít chất nhiệt hơn cho đến khi đạt cân bằng mật độ. Thuyết chất lỏng nhiệt buổi đầu giải thích đƣợc nhiều sự kiện nóng lạnh. Nhƣng đến thế kỷ XVIII, một kỹ thuật gia quân giới nƣớc Anh là Rumpho đã giáng một đòn chí tử vào chất lỏng nhiệt bằng cách đƣa ra một bảng báo cáo viết về một hiện tƣợng truyền nhiệt bằng ma sát mà ông quan sát đƣợc. Có thể trích một đoạn trong bảng báo cáo của ông nhƣ sau: “Cách đây không lâu, trong khi bận giám sát việc khoan nòng súng tại xƣởng quân giới ở Munich, tôi rất ngạc nhiên về mức độ nhiệt khổng lồ mà chiếc nòng súng đồng bị khoan đã đạt đƣợc, trong khoản thời gian ngắn…”. Nòng súng đại bát nóng lên dữ dội. Dùng nƣớc lạnh để làm nguội, vẫn thấy càng khoan nƣớc càng nóng lên; và cuối cùng sôi sùng sục. Năm 1978, Rumpho cho ra công trình “Về sự sinh nhiệt do ma sát”. Ông đã kết luận: “Khi suy luận về vấn đề này, chúng ta phải xét tới điều đáng chú ý nhất là nguồn nhiệt sinh ra do ma sát trong các thí nghiệm này rõ ràng là vô hạn. Khỏi phải nói thêm rằng một vật bất kỳ nào đó hoặc một hệ chứa nhiều vật có thể tiếp tục cung cấp nhiệt không hạn chế không thể là một chất, tôi cảm thấy vô cùng khó khăn nếu không nói là hoàn toàn không thể đƣợc. Khi muốn hình dung một khái niệm rõ rệt một cái gì đó có thể bị kích thích và truyền giống nhƣ nhiệt đã đƣợc sinh ra và lan truyền trong các thí nghiệm thì cái đó chỉ có thể là chuyển động. Thật tuyệt vời khi Rumpho bằng sự quan sát tinh vi đã lật nhào đƣợc thuyết chất lỏng nhiệt. Mặc khác, ông còn đƣa ra một nhận xét khái quát rằng quá trình truyền nhiệt phải là một quá trình liên quan đến chuyển động của một thứ hạt nào đó. Nhƣng đa số các nhà Vật lý vẫn giải thích rằng ma sát làm chất nhiệt chảy ra khỏi các vật; giống nhƣ khi ta vắt một quả chanh. Điển hình Carnot vẫn giữ quan niệm về chất nhiệt. Ông viết: “Sự xuất hiện lực chuyển động trong máy hơi nƣớc không phải do thực sự đã tiêu hao chất nhiệt, mà là do sự chuyển vận của chất nhiệt từ vật nóng đến vật lạnh…Động lực của nhiệt không phụ thuộc vào tác nhân dùng để gây ra nó; số lƣợng của nó chỉ phụ thuộc nhiệt độ của các vật. Và suy đến cùng, giữa chúng đã diễn ra sự di chuyển chất nhiệt. Luận văn Tốt nghiệp Trang 5 Tuy nhiên, bản thân Carnot cũng nhận thấy những thiếu sót của thuyết chất nhiệt. Ông nhận xét: “Những luận điểm cơ bản mà lý thuyết nhiệt dựa vào cần phải đƣợc nghiên cứu kỹ lƣỡng. Một vài dữ kiện của thí nghiệm không thể giải thích đƣợc trong tình hình hiện nay của lý thuyết”. Và đến gần cuối đời, ông đã ghi trong nhật ký của mình: “Nhiệt là chuyển động đã thay đổi hình dạng. Nơi nào mà lực chuyển động tự hủy diệt thì đồng thời xuất hiện nhiệt với một lƣợng tỷ lệ chính xác với lƣợng lực chuyển động đã mất đi. Ngƣợc lại, khi nhiệt biến đi, bao giờ cũng xuất hiện lực chuyển động…Nói đúng ra, lực chuyển động không bao giờ đƣợc tạo ra, không bao giờ bị hủy diệt; thực ra thì nó thay đổi hình dạng, nhƣng không bao giờ biến mất”. Nhật ký của Carnot chỉ đƣợc công bố sau khi ông mất. Đó là tƣ tƣởng đầu tiên về sự bảo toàn và chuyển hóa năng lƣợng. Một lý luận vững chắc loại bỏ “thuyết chất lỏng nhiệt” của Euler. 3. CHÍNH LUẬN: NHIỆT LÀ VẬN ĐỘNG Nửa đầu thế kỷ thứ XIX, thuyết chất lỏng nhiệt dần dần rút khỏi vũ đài khoa học, nhƣng nó vẫn là thuyết khó loại trừ nhất trong số những thuyết về chất lỏng không trọng lƣợng. Chỉ sau khi thuyết “nhiệt động lực học” do Joule, Clausius và Thomson sáng tạo ra, thì thuyết chất lỏng nhiệt mới bị bác bỏ. Giả thuyết của Lomonosov và Bernoulli đã bị lãng quên, nay đã đƣợc hồi sinh dƣới một dạng lý thuyết Vật lý mới. Faraday - một nhà Vật lý thiên tài - mặc dù không có đóng góp trực tiếp vào thuyết nhiệt động lực học, nhƣng tƣ tƣởng chủ đạo của ông về sự liên quan giữa các hiện tƣợng Vật lý đã có ảnh hƣởng không nhỏ đối với sự ra đời của thuyết này. Chính tƣ tƣởng chủ đạo của Faraday đã giúp các nhà bác học cùng thời (hay sau đó ít lâu) tìm đến các quỹ luật biến đổi giữa các hiện tƣợng Vật lý và tất nhiên cả quy luật biến đổi năng lƣợng. Có thể nói Lomonosov là ngƣời đầu tiên kịch liệt phản đối thuyết chất lỏng nhiệt. Căn cứ vào nguyên tử luận lúc bấy giờ, đã trở thành một thuyết khoa học, do sự phân tích từ thí nghiệm của các nhà hóa học nhƣ Peenich, Avogadro… Lomonosov đã xây dựng một thuyết mới mang tên “Thuyết động học phân tử” và khẳng định nhiệt là chuyển động. Suy ra từ các ý kiến sơ bộ của Bacon, Descartes, Bernoulli có nói rằng: “Các hạt cấu thành vật thể chuyển động nhanh theo mọi phƣơng, tính đàn hồi càng tăng thì môi trƣờng càng nóng”. Năm 1848, Lomonosov tổng hợp các ý kiến trên và nói rằng: “Nhiệt thể hiện mức độ chuyển động tịnh tiến, hỗn độn, của các phân tử môi trƣờng”. Trong một luận văn Lomonosov nói: “Tốc độ chuyển động tịnh tiến hỗn loạn của các phân tử không giới hạn trên; mà chỉ có giới hạn thấp nhất; đó là lúc các phân tử chuyển động nhiệt”. Giới hạn thấp nhất ấy ngày nay gọi là “độ không tuyệt đối” (T0K = 0). Ông nói thêm: “Trên quả đất này, từ trƣớc đến nay, chƣa có nơi nào, lúc nào đạt đến mức độ lạnh nhất ấy”. Đó là ý niệm sơ khai về quan niệm: “Không thể nào đạt đến độ không tuyệt đối (00K)”. Lomonosov còn quan sát và thí nghiệm hiện tƣợng oxi hóa kim loại; giải thích vì sao kim loại bị oxi hóa (cháy chậm) thì trọng lƣợng có tăng lên chút đỉnh; oxi đã bám vào kim loại và oxi có trọng lƣợng. Ông bác bỏ thuyết “Phlogiston” cho rằng các hạt không trọng lƣợng, bám vào vật khi cháy bừng ngọn lửa. Luận văn Tốt nghiệp Trang 6 Vậy, nhiệt không phải là “chất nhiệt” mà là một dạng chuyển động và có thể nói rằng Lomonosov đã đặt nền móng, cơ sở cho thuyết “Động học phân tử”. Và các nhà bác học đã bác bỏ quan niệm sai lầm về chất lỏng nhiệt để đi đến một khái niệm khoa học là năng lƣợng. Và định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lƣợng từ đó mà ra đời. 3.1.Thuyết động học phân tử 3.1.1.Cơ sở của thuyết động học phân tử 3.1.1.1.Cấu tạo nguyên tử, phân tử của vật chất Hãy tƣởng tƣợng ta có một kính hiển vi thật tốt và dùng nó để quan sát một giọt nƣớc tinh khiết, có đƣờng kính 0,5cm. Nhìn bằng mắt thƣờng hay độ phóng đại 2000 lần, hạt nƣớc đó đều là một khối đồng chất và trong suốt. Với độ phóng đại 4 triệu lần, trƣớc mắt ta không phải là một giọt nƣớc bé nhỏ, mà là một quả cầu đƣờng kính 20km, không còn đồng chất nhƣ trƣớc kia mà muôn vàn các hạt nhỏ li ti đang sục sôi chuyển động. Tăng độ phóng đại lên 200 lần nữa, hệ số phóng đại toàn phần bây giờ là 1 tỷ. Các dạng li ti trƣớc kia bây giờ có dạng 3 quả cầu dính nhau: một quả to nằm ở giữa, hai quả nhỏ nằm hai bên. Với độ phóng đại 1 tỷ lần, kích thƣớc của các nguyên tử đạt tới cở quả bóng. Nếu vừa quan sát, vừa làm lạnh hạt nƣớc, ta thấy các phân tử chuyển động chậm dần, mỗi khi hai phân tử lại gần nhau thì chúng hút nhau và xô lại nhau, sau đó khó khăn lắm mới ròi khỏi nhau đƣợc để tiếp tục lang thang nhƣ trƣớc. Rồi khi nhiệt độ đã đủ thấp, những quá trình đó không thực hiện nữa. Hai phân tử một khi đã lại gần nhau thì dính chặt nhau. Những đám nhƣ vậy bắt thêm những phân tử khác và rồi kết thành những vòng lục giác đều đặn. Giọt nƣớc bây giờ đã kết tinh thành một “tinh thể nƣớc đá”. Nếu vừa quan sát, vừa làm nóng hạt nƣớc, thì hiện tƣợng diễn ra khác hẳn: chuyển động của phân tử mạnh lên; các phân tử bay ra nhiều thêm; và cuối cùng, tất cả các hạt phân tử đều bay đi; giọt nƣớc đã biến thành “hơi”. Chuyển động phân tử ở thể hơi có nét rất đặc sắc: Bình thƣờng chúng chuyển động hoàn toàn tự do nhƣ thể không có phân tử nào ở xung quanh. Khi tình cờ lại gần một phân tử khác, chúng bắt đầu hút nhau; nhƣng khi gần nhau đến một mức độ nhất định chúng đẩy nhau rất mạnh nhƣ thể va chạm thực sự đã xảy ra… Những đều mà ta mô tả trên đây, chƣa ai đƣợc trông thấy bao giờ, những kính hiển vi hiện đại nhất cũng chƣa đạt đƣợc độ phóng đại 1 tỷ lần và ta cũng không thể dùng nó để quan sát hạt nƣớc vì trong chân không siêu cao của kính hiển vi hạt nƣớc nhanh chóng bốc hơi dù ta có làm lạnh nó để nó biến thành nƣớc đá. Tuy nhiên ngƣời ta dùng kính hiển vi phóng đại 4.250.000 lần để chụp ảnh tinh thể Silicat nhôm ngậm nƣớc (Al2O3.SiO2.H2O). Các nguyên tử trong tinh thể này thể hiện trên ảnh nhƣ những viên bi xếp thành hình sáu cạnh đều đặn. Bức ảnh này đã đƣợc in lại trong nhiều sách giáo khoa vật lý chất rắn. Nó không thể mô tả nổi trạng thái chuyển động không ngừng của các nguyên tử, phân tử. Song nó là bằng chứng, không thể chối cải đƣợc, là: “Vật chất đƣợc tạo ra bởi nguyên tử và phân tử”. Luận văn Tốt nghiệp Trang 7 Trở ngƣợc lại lịch sử, ta thấy quan niệm vật chất đƣợc cấu tạo bởi nguyên tử và phân tử đã đƣợc Democrit nêu ra từ thế kỷ IV TCN. Theo ông thì thế giới không có gì khác ngoài các nguyên tử và khoảng không trống rỗng. Nguyên tử có nhiều loại, hình dáng và độ lớn của chúng khác nhau; nhƣng bản chất thì nhƣ nhau. Cả một thời gian dài, trên dƣới 2000 năm tiếp theo, không ai đƣa thêm đƣợc một ý kiến gì mới mẽ hơn. Đến thế kỷ 18 sau Công nguyên, Lomonosov mới phát họa cụ thể hơn về quan niệm nguyên tử và phân tử. Ông quan niệm nguyên tử là những quả cầu rắn chắc, vỏ sần sùi, chuyển động hỗn loạn. Do va chạm với nhau, nguyên tử có thêm chuyển động quay. Quan niệm của Lomonosov tuy còn đơn sơ nhƣng là một tiến bộ đáng kể trong thời bấy giờ và cũng rất gần với thuyết nguyên tử, phân tử hiện đại. Ngày nay, ta có thể phát biểu thuyết bằng một câu ngắn ngọn nhƣng chứa đựng một lƣợng thông tin rất phong phú mà loài ngƣời đã tích lũy trong mấy ngàn năm qua: “Vật chất đƣợc cấu tạo bởi nguyên tử và phân tử. Đó là những hạt nhỏ bé, chuyển động hỗn loạn không ngừng; hút nhau khi chúng ở gần nhau, và đẩy nhau khi ta tìm cách nén chúng lại sát nhau”. Chuyển động là thuộc tính quan trọng nhất của nguyên tử và phân tử. Ta có thể nhận biết chuyển động ấy qua nhiều hiện tƣợng khác nhau mà không nhìn thấy từng nguyên tử riêng lẻ. 3.1.1.2.Vài hiện tượng điển hình phản ánh đặc điểm của cấu tạo nguyên tử và phân tử vật chất Chuyển động Brown: Hình 1 Năm 1827, nhà Vật lý học ngƣời Anh là Brown, khi quan sát các bào tử đặt trong nƣớc, qua kính hiển vi, đã phát hiện đƣợc rằng, chúng dịch chuyển không ngừng. Theo dõi một bào tử nào đó rồi chụp ảnh nó sau từng khoảng thời gian xác định, ta thấy quỹ đạo của nó là một đƣờng gấp khúc, không theo quy luật nào. Ngƣời ta gọi đấy là “chuyển động Brown”. Theo dõi chuyển động đồng thời của hai hạt ta thấy chuyển động của Luận văn Tốt nghiệp Trang 8 chúng không có cùng phƣơng chiều; điều đó chứng tỏ rằng nguồn gốc của chuyển động không phải là các dòng chảy trong nƣớc. Không riêng gì các bào tử đặt trong nƣớc, mà những hạt nhỏ khác nhau nhƣ bồ hóng, mỡ…lững lơ trong nƣớc; hoặc hạt sƣơng, khói trong không khí có những chuyển động tƣơng tự nhƣ vậy. Với hạt lớn thì chuyển động yếu hơn; chúng không thể dịch chuyển từ nơi này qua nơi khác mà chỉ rung động tại chổ. Khi nhiệt độ khá lớn thì những rung động càng mạnh và khi nhiệt độ rất thấp thì chuyển động ngừng lại. Ngƣời ta cho rằng chuyển động Brown là do va chạm của các phân tử chất nƣớc hoặc chất khí lên hạt nhỏ mà ra. Hiện tƣợng ấy cũng nhƣ khi dùng ống bơm hơi xịt vào một quả bong bóng đang nằm dƣới đất, xịt bên nào thì quả bóng bị đẩy sang bên kia. Quả bong bóng khá nhẹ, nên dễ thấy hiện tƣợng, còn nhƣ một khối đá đang nằm thì xịt cỡ nào khối đá cũng không dịch chuyển. Hiện tƣợng khuếch tán: Hình 2 Hiện tƣợng khuếch tán là một biểu hiện trực tiếp chuyển động của nguyên tử và phân tử. Thả một hạt thuốc tím vào một ly nƣớc yên lặng, ta thấy thoạt tiên vùng màu tím rất hẹp và có ranh giới rõ rệt so với vùng xung quanh. Sau một thời gian, vùng màu tím lan ra càng rộng và không còn ranh giới. Vài ngày sau, trong ly nƣớc chỉ còn lại một dung dịch màu tím nhạt và đồng đều mà thôi. Trong chất khí và chất rắn cũng có thể quan sát đƣợc hiện tƣợng khuếch tán tƣơng tự: xịt dầu thơm vào một căn phòng kín, lúc đầu chỉ có một vùng chỗ xịt, sau một thời gian ngắn thì cả phòng đều có mùi thơm; dùng mỏ hàn bằng đồng đỏ để hàn thiếc thì đồng ở dƣới lớp thiếc nóng chảy trở thành màu vàng vì thiếc khuếch tán vào… Hiện tƣợng khuếch tán là do chuyển động của nguyên tử và phân tử mà ra. Mỗi nguyên tử và phân tử cũng nhƣ một hạt nhỏ tùy ý chuyển động hỗn loạn; nhiệt độ càng cao thì chuyển động ấy càng mạnh. Do đó, quá trình khuếch tán xảy ra càng nhanh. Ở nhiệt độ thấp, quá trình khuếch tán chậm lại. Hiện tƣợng chuyển động Brao và hiện tƣợng khuếch tán, cho phép ta rút ra một kết luận quan trọng về chuyển động của phân tử, nguyên tử: “Chuyển động của nguyên tử và Luận văn Tốt nghiệp Trang 9 phân tử hoàn toàn hỗn loạn; vận tốc chuyển động ấy có liên quan đến nhiệt độ”. Chúng ta sẽ đi tìm mối liên quan giữa nhiệt độ và vận tốc. 3.1.1.3.Phương pháp xác định vận tốc của phân tử Muốn tìm mối liên hệ giữa nhiệt độ và vận tốc của phân tử, công việc đầu tiên phải làm là xác định vận tốc của phân tử bằng thực nghiệm. Vì chuyển động của phân tử hỗn loạn, ta là thừa nhận không có phƣơng nào ƣu tiên hơn phƣơng nào và chỉ cần xác định vận tốc theo một phƣơng là đủ. Vận tốc trung bình của một hạt đƣợc định nghĩa nhƣ sau:  V x t Trong đó: ∆x là quãng đƣờng đi đƣợc trong khoảng thời gian ∆t. Nếu trong khoảng thời gian ∆t ấy, chuyển động của hạt là thẳng và đều thì vận tốc trung bình cũng chính là vận tốc tức thời v. Bởi vậy muốn đo vận tốc tức thời ta phải chọn điều kiện để sao cho phân tử chuyển động tự do trong một khoảng ∆x đủ dài để có thể đo bằng thực nghiệm một cách chính xác. Thuận lợi nhất là đo vận tốc của phân tử trong chân không đủ cao. Mặc khác, vì không nhìn đƣợc từng phân tử, nên phải có một cách nào đó để đánh dấu quãng đƣờng bay của phân tử. Để đơn giản, ta dùng các kim loại bay hơi từ một dây tóc nóng đỏ. Khi các nguyên tử này bay đến nơi nào thì đọng lại đây thành một vết kim loại. Khoảng cách từ dây tóc đến vết kim loại chính là quãng đƣờng mà phân tử đi đƣợc. Vấn đề cuối cùng là phải xác định thời gian ∆t mà phân tử dùng để đi quãng đƣờng ∆x. Để thực hiện điều này, ta có thể cho phân tử một vận tốc phụ, vuông góc với vận tốc thực của nó mà độ lớn đã biết trƣớc. Độ dịch chuyển của phân tử theo phƣơng này là thƣớc đo thời gian bay của nó. Có thể tạo vận tốc phụ này bằng hai cách khác nhau: Cách thứ nhất là làm thí nghiệm 2 lần: Lần đầu cho phân tử chuyển động theo phƣơng thẳng đứng, lần hai cho phân tử chuyển động theo phƣơng ngang. Tác dụng trọng trƣờng trong hai trƣờng hợp này sẽ khác nhau, do đó sự dịch chuyển của vết kim loại sẽ phản ánh thời gian bay của phân tử. Cách thứ hai cũng làm thí nghiệm 2 lần: Lần đầu trong hệ quy chiếu đứng yên và lần hai trong hệ quy chiếu chuyển động theo hƣớng vuông góc với vận tốc của phân tử. Trong hệ quy chiếu này phân tử chuyển động nhƣ thể nó nhận thêm vân tốc bằng và trái chiều với vận tốc của hệ quy chiếu. Sự dịch chuyển của vết kim loại qua hai lần thí nghiệm sẽ cho biết thời gian bay của phân tử. Dựa trên các nguyên tắc nhƣ vậy, ngƣời ta đề ra nhiều cách bố trí thí nghiệm khác nhau. Trong đó, có thí nghiệm của Stec. Nó gồm một ống trụ rỗng B bán kính R, gắn liền với một ống trụ nhỏ thứ hai A, bán kính không đáng kể. Trục của 2 ống trụ là một dây điện trở F, trên có phủ một lớp kim loại dễ bay hơi nhƣ Ag, trên ống trụ A có một khe nhỏ K, song song với F. Luận văn Tốt nghiệp Trang 10 Ta rút khí trong 2 ống trụ đến khi áp suất còn vào khoảng 10-3 pa và đốt nóng dây tóc, kim loại sẽ bốc hơi tạo thành một chùm tia phân tử bay theo phƣơng FK với vận tốc trung  bình V và đọng lại thành một vết sắc nét a trên thành trụ B. Khi quay cả hệ (quay trục F theo chiều kim đồng hồ) với tốc độ góc : kim loại đọng thành q vết nhòe s không trùng với vết a. Tăng dòng đốt dây tóc F, ta tăng nhiệt độ của hơi kim loại và thấy vết s lại gần a hơn. Ngƣời ta giải thích hiện tƣợng ấy nhƣ sau: Trƣớc khi phân tử kim loại bay ra hơi sợi dây tóc nóng đỏ, nó đã va chạm rất nhiều lần với các phân tử cấu tạo nên sợi dây này. Và ở trạng thái cân bằng nhiệt với chúng. Vì sợi dây tóc là trục quay của cả hệ, nên vận tốc theo do chuyển động quay gây ra đối với các phân tử này bằng 0: Vận tốc của chúng vẫn không có phƣơng nào ƣu tiên và phân tử rời khỏi dây tóc giống nhƣ khi cả hệ vẫn đứng yên. Chúng hƣớng theo phƣơng bán kính, do đó phân tử nào hƣớng theo chiều FK sẽ lọt đƣợc ra ngoài để đọng vết trên thành ống trụ B. Thời gian bay của phân tử từ dây tóc đến thành ống trụ B là: t  R v Khi cả hệ quay với vận tốc góc thì cũng trong thời gian ấy, thành ống trụ B đã đi đƣợc quãng đƣờng x: x  Rt x cũng là độ dịch chuyển của vết kim loại trên thành ống trụ B. Thay ∆t bằng giá trị của nó ta suy ra: x R 2 v hay v  R 2 x (1.1) Vận tốc phân tử càng lớn thì độ dịch chuyển x càng nhỏ. Vết s không trùng với a chứng tỏ vận tốc phân tử không phải vô cùng lớn. Và hiện tƣợng nhòe của vết kim loại chứng tỏ các phân tử có vận tốc khác nhau. Nhiệt độ cao, vết s lại gần a có nghĩa là vận tốc của phân tử tăng lên. Thí nghiệm của Stec cho phép ta tính đƣợc vận tốc trung bình của phân tử. Để suy ra vận tốc trung bình của phân tử hơi kim  loại, ta thay x  x là khoảng cách thừ tâm vết s đến vết a vào phƣơng trình (1.1), ta có:  v R 2  (1.2) x  Trong đó: v là vận tốc trung bình của nguyên tử kim loại. Kết quả bằng số mà Stec thu đƣợc là:  v =650m/s Luận văn Tốt nghiệp Trang 11 Thí nghiệm Stec còn cho ta biết một điều quan trọng khác là vận tốc của các nguyên tử không bằng nhau. Về nguyên tắc ta có thể căn cứ vào sự phân bố bề dày d của lớp kim loại đọng trên thành ống trụ, để tìm sự phân bố các nguyên tử theo vận tốc. Nhƣng mức chính xác của các thí nghiệm Stec không cho phép ta làm đƣợc việc đó. Sau này thí nghiệm của Enđrit tiến hành với mức chính xác cao hơn, cho phép ta tìm ra bằng thực nghiệm, đồ thị phân bố theo vận tốc. Từ đó rút ra 2 kết luận quan trọng: Vận tốc trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử tỷ lệ với căn bậc hai của  nhiệt độ tuyệt đối ( v  T ) Động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của các phân tử khác nhau ở cùng một nhiệt độ thì bằng nhau. 3.1.2.Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử Ta lấy một khối lƣợng khí cân bằng nhiệt và xét một phân tử chuyển động theo phƣơng z đi về phía thành bình. Khi nó lại gần thành bình thì các phân tử thành bình tác dụng lên nó một lực làm nó đổi chiều chuyển động. Quá trình tƣơng tác ấy có thể xem nhƣ một quá trình va chạm; tính trung bình, thì va chạm của phân tử lên thành bình không đƣợc làm thay đổi động năng trung bình của phân tử, vì nếu không thì nhiệt độ của khí sẽ giảm đi, điều đó trái với giả thuyết là chất khí cân bằng nhiệt. Vì vậy, quá trình va chạm của phân tử thỏa mãn định luật bảo toàn cơ năng, nghĩa là va chạm đàn hồi, và chỉ có thành phần vận tốc theo phƣơng t là thay đổi từ vz sang –vz. Biến thiên động lƣợng của phân tử là (hình 3) d mv  2mvz Hình 3 Trong thời gian dt, tất cả các phân tử có vận tốc theo phƣơng z là vz nằm cách thành bình một khoảng vzdt sẽ rơi vào thành bình, nếu nó chuyển động theo chiều trục z. Vì thế, Luận văn Tốt nghiệp Trang 12 số phân tử có vận tốc theo phƣơng z bao hàm giữa vz và vz +dvz rơi vào diện tích s trên thành bình trong thời gian dt là: dn1  2 1 n0 svz dt. Ae  Bv z dvz 2 Trong đó: n0 là số phân tử trung bình trong đơn vị thể tích (ta thêm hệ số 1 vào biểu 2 thức dn1 vì phân tử có thể tiến lại gần hoặc đi ra xa thành bình). Biến thiên động lƣợng của phân tử đó là: dn1.2mvz  mn0 Sdtv 2 z Ae  Bv z dvz 2 Nếu xét tất cả các phân tử có vz khác nhau, thì biến thiên động lƣợng của chúng khi va chạm với thành bình diện tích S trong thời gian dt là: vz   vz   2 2 mvz Ae  Bv z dvz (1.2a) 2 0  dn1.2mvz  2n0 Sdt. Chúng ta đã tính tích phân trong biểu thức (1.2a) và thấy nó bằng  1 2 2 3   D  kT   D z vz  Vì thế:  2 dn . 2 mv  n Sdt . kT  n Sdt .  0 D   1 z 0 3 vz  Biến thiên động lƣợng của khí là do thành bình gây ra. Theo định luật Newton, nó bằng lực mà thành bình tác dụng lên khối khí, nhân với thời gian tác dụng. Mặc khác, nếu thành bình tác dụng lên chất khí một lực nào đấy, thì chất khí cũng tác dụng lên thành bình một lực bằng nó nhƣng ngƣợc chiều. Vậy lực trung bình mà phân tử tác dụng lên diện tích S trong thời gian dt là  2 n Sdt    0 D 2 F 3  n0 S  D dt 3 Áp suất của khí theo định nghĩa, là lực tác dụng lên đơn vị diện tích, cho nên:  F 2  P   n0  D S 3 Áp suất của chất khí, tỷ lệ với tổng năng lƣợng của chuyển động nhiệt của cá phân tử trong một đơn vị thể tích. Kết luận ấy rất quan trọng và gọi là “phƣơng trình cơ bản của thuyết động học phân tử”. Sau này, chúng ta cũng gặp biểu thức tƣơng tự nhƣ vậy trong nhiều lĩnh vực khác nữa nhƣ là áp suất của ánh sáng, áp suất của sóng âm,… Còn phƣơng trình cơ bản của khí lý tƣởng thì có dạng sau: Luận văn Tốt nghiệp Trang 13
- Xem thêm -