Trạng thái của vật chất

Mô phỏng phục vụ chủ đề Cấu trúc của chất, sự chuyển thể (Vật lí nhiệt, Vật lí 12, Chương trình GDPT 2018): mô hình động học phân tử hai chiều giải thích thể rắn, lỏng, khí bằng khoảng cách và lực tương tác Lennard-Jones giữa các phân tử, thay vì áp đặt sẵn công thức — học sinh nhìn thấy từng hạt chuyển động, va chạm, hút và đẩy nhau bằng đúng phương trình U(r) = 4ε[(σ/r)¹²−(σ/r)⁶]. Màn hình Trạng thái cho chọn neon, argon, oxygen hoặc nước, đun hoặc làm lạnh trong bình kín và quan sát ba trạng thái: rắn (hạt dao động quanh vị trí cố định trên mạng tinh thể), lỏng (hạt trượt qua nhau nhưng vẫn dính lại gần nhau) và khí (hạt chuyển động tự do choán đầy bình); đun quá nóng thì nắp bình tự mở cho hạt thoát ra ngoài. Màn hình Chuyển pha thêm pit-tông kéo tay để nén hoặc giãn khí, bơm thêm hạt, áp kế đo áp suất thật từ xung lực hạt đập vào thành, và giản đồ pha ghi lại điểm trạng thái (nhiệt độ, áp suất) hiện tại — nén quá mạnh khi đang nóng có thể làm bình nổ, một lời nhắc trực quan về giới hạn an toàn khi nén khí. Màn hình Thế năng tương tác vẽ chung bốn đường cong thế năng Lennard-Jones để so sánh: giếng thế năng càng sâu (ε càng lớn) thì càng cần nhiều năng lượng để tách các phân tử, giải thích vì sao nước sôi ở nhiệt độ cao hơn hẳn neon hay argon dù đều là phân tử nhỏ. Mô hình dùng một hạt cầu đẳng hướng cho mỗi chất; riêng nước dùng độ sâu giếng thế năng nâng cao để mô phỏng gần đúng ảnh hưởng của liên kết hydrogen, không phải mô hình phân tử ba tâm có định hướng đầy đủ — số liệu mang tính định tính, đúng thứ tự nhiệt độ chuyển thể giữa các chất chứ không tuyệt đối chính xác. Câu hỏi gợi ý: – Vì sao hạt ở thể rắn vẫn dao động chứ không đứng yên hoàn toàn? – Nén khí ở nhiệt độ cao có thể gây ra hậu quả gì nếu bình chứa không đủ bền? – Vì sao nước cần nhiều năng lượng hơn argon để chuyển từ lỏng sang khí, nhìn theo đồ thị thế năng tương tác?