Lý 10 Bài 30: Quá trình đẳng tích và định luật Sác- lơ

Quá trình đẳng tích là quá trình biến đổi trạng thái khi thể tích không đổi.

a) Thí nghiệm

- Dụng cụ:

• Một pittông, một xilanh
• Một áp kế, một nhiệt kế điện tử.
• Một bếp điện và một chậu thủy tinh có chứa nước.
• Một giá đỡ.

- Thí nghiệm theo dõi sự thay đổi áp suất của một lượng khí theo nhiệt độ trong quá trình đẳng tích.

• Đo nhiệt độ của một lượng khí nhất định ở các áp suất khác nhau khi thể tích không đổi ta được kết quả :

b) Định luật Sác-Lơ

C1: Hãy tính các giá trị của P/T và cho nhận xét?

• Từ kết quả thí nghiệm: Tỉ số p/T xấp xỉ bằng nhau hay bằng hằng số

- Phát biểu: Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối

- Hệ thức: \(\frac{p}{T}\) = hằng số

• Gọi \({p_1},{T_1}\) là áp suất và nhiệt độ tuyệt đối ở trạng thái 1, gọi \({p_2},{T_2}\) là áp suất và nhiệt độ tuyệt đối ở trạng thái 2
• \(\frac{{{p_1}}}{{{T_1}}} = \frac{{{p_2}}}{{{T_2}}}\)

- Điều kiện áp dụng:

• Khí lí tưởng.
• Khối khí xác định.
• Thể tích không thay đổi.

• Đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất của một lượng khí theo nhiệt độ khi thể tích không đổi gọi là đường đẳng tích.

• Dạng đường đẳng tích:

• Trong hệ toạ độ OpT đường đẳng tích là đường thẳng kéo dài đi qua góc toạ độ.

• Ứng với các thể tích khác nhau của cùng một khối lượng khí ta có những đường đẳng tích khác nhau. Đường ở trên ứng với thể tích nhỏ hơn

• Khi chế tạo bóng đèn sợi đốt người ta nạp đầy khí trơ ở áp suất thấp là do khi đèn sáng, nhiệt độ của sợi đốt tăng cao làm áp suất chất khí trong bóng đèn tăng mạnh bằng với áp suất không khí bên ngoài để bóng không bị vỡ.

• Lốp xe bơm căng để ngoài nắng ⇒ nhiệt độ khí trong lốp xe tăng ⇒ các phân tử khí dao động mạnh ⇒ áp suất tăng ⇒ lốp xe bị nổ.

• Bình thủy tinh được đậy nắp kín, khi nung nóng bình nhiệt độ trong bình tăng các phân tử khí dao động mạnh va chạm vào nắp bình ⇒ áp suất tăng ⇒ nắp bình bị bật ra

Một bình chứa một lượng khí ở nhiệt độ 30⁰C và áp suất 2 bar. (1bar = 10⁵ Pa). Hỏi phải tăng nhiệt độ lên tới bao nhiêu độ để áp suất tăng gấp đôi ?

Hướng dẫn giải

Ta có:

Trạng thái 1: \({T_1} = 273 + 30 = 303K; {p_1} = 2\:\: bar\)

Trạng thái 2: \({T_2} = ?; {p_2} = 2{p_1}\)

Áp dụng định luật Sác-lơ cho quá trình biến đổi đẳng tích, ta có:

\(\frac{{{p_1}}}{{{T_1}}} = \frac{{{p_2}}}{{{T_2}}} \Rightarrow {T_2} = \frac{{{p_2}{T_1}}}{{{p_1}}} = \frac{{2{p_1}{T_1}}}{{{p_1}}} = 2{T_1} = 606K\)

Vậy, phải tăng nhiệt độ lên T₂ = 606K để áp suất tăng gấp đôi.

Một chiếc lốp ô tô chứa không khí có áp suất 5 bar và nhiệt độ 25⁰C. Khi xe chạy nhanh, lốp xe nóng lên làm cho nhiệt độ không khí trong lốp tăng lên tới 50⁰C. Tính áp suất của không khí trong lốp xe lúc này.

Hướng dẫn giải

Ta có:

Trạng thái 1: \(T_1 = 273 + 25 = 298 K\);  \(p_1 = 5\:\:bar\)

Trạng thái 2: \(T_2 = 273 + 50 = 323 K\);  \(p_2 = ?\)

Thể tích của lốp xe không đổi, theo định luật Sác - lơ:

\(\frac{{{p_1}}}{{{T_1}}} = \frac{{{p_2}}}{{{T_2}}} \Rightarrow {p_2} = \frac{{{p_1}{T_2}}}{{{T_1}}} = \frac{{5.323}}{{298}} = 5,42\:\:bar\)

Vậy, áp suất của không khí trong xe lúc này là: \( {p_2} = 5,42\:\:bar\)

Câu 1: Một chiếc lốp ô tô chứa không khí ở 25^oC. Khi xe chạy nhanh, lốp xe nóng lên, áp suất khí trong lốp tăng lên tới 1,084 lần. Lúc này, nhiệt độ trong lốp xe bằng bao nhiêu? 

Câu 2: Trong hệ tọa độ (p, T), đường đẳng tích có dạng gì?

Câu 3: Một bình thép chứa khí ở nhiệt độ 27^oC và áp suất 40 atm. Nếu tăng áp suất thêm 10 atm thì nhiệt độ của khí trong bình là bao nhiêu?

Câu 4: Khi đung nóng một bình kín chứa khí để nhiệt độ tăng 1^oC thì áp suất khí tăng thêm 1/360 áp suất ban đầu. Nhiệt độ ban đầu của khí là bao nhiêu? 

Câu 5: Viết hệ thức liên hệ giữa p và T trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định.

Câu 1: Nếu nhiệt độ của một bóng đèn khi tắt là 25^oC, khí sáng là 323^oC, thì áp suất của khí trơ trong bóng đèn tăng lên là

A. 10,8 lần.

B. 2 lần.

C. 1,5 lần.

D. 12,92 lần.

Câu 2: Hiện tượng có liên quan đến định luật Sác- lơ là

A. săm xe đạp để ngoài nắng có thể bị nổ.

B. quả bóng bay bị vỡ khi dùng tay bóp mạnh.

C. quả bóng bàn bị bẹp nhúng vào nước nóng lại phồng lên như cũ.

D. mở lọ nước hoa và mùi nước hoa lan tỏa khắp phòng.

Câu 3: Một nồi áp suất, bên trong là không khí ở 23^oC có áp suất bằng áp suất của không khí bên ngoài (1 atm). Van bảo hiểm của nồi sẽ mở khi áp suất bên trong cao hơn áp suất bên ngoài 1,2 atm. Nếu nồi được đung nóng tới 160^oC thì không khí trong nồi đã thoát ra chưa? Áp suất không khí trong nồi bằng bao nhiểu?

A. Chưa; 1,46 atm.

B. Rồi; 6,95 atm.

C. Chưa; 0,69 atm.

D. Rồi; 1,46 atm.

Câu 4: Xét một quá trình đẳng tích của một lượng khí lí tưởng nhất định. Tìm phát biểu sai.

A. Độ biến thiên của áp suất tỉ lệ thuận với độ biến thiên của nhiệt độ.

B. Áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.

C. Độ biến thiên của áp suất tỉ lệ thuận với độ biến thiên của nhiệt độ bách phân.

D. Áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ bách phân.

4. Kết luận

Qua bài giảng Quá trình đẳng tích và Định luật Sác- lơ này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Nêu được định nghĩa quá trình đẳng tích.

• Phát biểu và nêu được biểu thức về mối quan hệ giữa p và T trong quá trình đẳng tích.

• Nhận biết được dạng đường đẳng tích trong hệ tọa độ (p, T).

• Phát biểu được định luật Sác- lơ.