Định Luật Sác Lơ và Quá Trình Đẳng Tích – Lý Thuyết và Bài tập

MeBi 7 July, 2022 Bé Học Vật Lý Để lại bình luận bạn nha 328 Số lượt xem

Trong chương trình Vật Lý 10, ở chu trình vận động và biến đổi của chất khí các em sẽ gặp một quá trình gọi là quá trình đẳng tích và định luật Sác Lơ. Vậy quá trình đẳng tích là gì? Định luật Sác Lơ được phát biểu như thế nào? Chúng tôi sẽ giúp các em nắm vững các kiến thức cơ bản này qua bài viết dưới đây.

Các Nội Dung Chính

Quá trình đẳng tích là gì?
Định luật Sác Lơ
Đường đẳng tích
Bài tập về quá trình đẳng tích và định luật sác lơ

Quá trình đẳng tích là gì?

Sự biến đổi trạng thái (nhiệt độ, áp suất,…) của một lượng chất khí nhưng thể tích khí vẫn không thay đổi được gọi là quá trình đẳng tích.

Dưới đây là một số ví dụ minh họa giúp các em hiểu rõ hơn quá trình này:

Lốp xe khi để ngoài trời nắng sẽ bị tác động bởi môi trường khiến nhiệt độ và áp suất khí trong lốp xe tăng nhưng lốp xe vẫn không bị nổ. Điều này chứng tỏ sự biến đổi trạng thái của khí trong lốp xe không đáng kể nên thể tích của khí bên trong lốp xe vẫn không đổi.
Ta bơm một lượng khí nhất định trong xi lanh. Sau đó, ta tiến hành cố định piston và cho xi lanh vào một chậu nước nóng. Lúc này, môi trường nước nóng sẽ làm nhiệt độ và áp suất khí bên trong xi lanh tăng lên nhưng thể tích khí vẫn giữ nguyên như ban đầu.

Định luật Sác Lơ

Áp suất và thể tích của chất khí có mối quan hệ như thế nào? Để tìm được câu trả lời chính xác cho câu hỏi này, các em hãy cùng chúng tôi tìm hiểu về định luật Sác Lơ sau đây:

Thí nghiệm

Thí nghiệm để đưa ra định luật Sác Lơ rất đơn giản, dễ thực hiện và diễn ra nhanh chóng. Trước khi thí nghiệm, các em cần chuẩn bị những dụng cụ cần thiết như:

Áp kế
Nhiệt kế
Chậu nước nóng
Thang đo
Xi lanh chứa khí
Pittông cố định
Giá đỡ

Sau khi chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, các em tiến hành thực hiện thí nghiệm theo tuần tự các bước như bên dưới:

Cho xi lanh chứa một lượng khí nhất định vào chậu nước nóng và theo dõi sự thay đổi áp suất theo nhiệt độ trên các dụng cụ đo (nhiệt kế và áp kế).
Đo nhiệt độ của khí khi thay đổi áp suất nhưng thể tích khí vẫn giữ nguyên.

Kết quả: Tỷ số giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối không đổi (đối với một lượng khí nhất định).

Phát biểu định luật Sác-lơ

Dựa trên kết quả của thí nghiệm, định luật Sác – lơ được phát biểu một cách chi tiết và cụ thể như sau: “Trong quá trình đẳng tích của một lượng chất khí nhất định, áp suất sẽ có sự tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.”

Công thức định luật sác-lơ

Theo đó, các em cũng cần phải ghi nhớ biểu thức của định luật Sác – lơ, cụ thể:

pT hoặc PT=const (hằng số)

Nếu ta gọi p1, T1 lần lượt là áp suất và nhiệt độ tuyệt đối của chất khí nhất định ở trạng thái 1; p2 và T2 biểu thị cho áp suất và nhiệt độ của chất khí đó ở trạng thái 2 thì ta sẽ có được công thức như sau:

p1T1=p2T2

Đường đẳng tích

Sau khi đã tìm hiểu cặn kẽ phần lý thuyết về quá trình đẳng tích, các em cũng cần phải nắm rõ kiến thức về đường đẳng tích.

Đường đẳng tích được định nghĩa là đường thẳng biểu diễn sự biến thiên của áp suất dựa theo nhiệt độ trong điều kiện thể tích không đổi.

Lý Thuyết Giao Thoa Ánh Sáng – Vật Lý 12

Xét trong hệ tọa độ (p,T), đường đẳng tích sẽ là đường thẳng mà nếu chúng ta kéo dài thì đường thẳng này sẽ đi qua góc tọa độ.

Ở cùng một lượng khí nhưng đo được các thể tích khác nhau thì với mỗi số liệu thể tích khác nhau cụ thể đó, ta thu được một đường đẳng tích tương ứng. Đường đẳng tích càng nằm trên thì thể tích của chất khí càng nhỏ.

Bài tập về quá trình đẳng tích và định luật sác lơ

Bài tập 1: Một bình kín có thể tích không đổi chứa khí lí tưởng ở áp suất 1,5.10⁵Pa và nhiệt độ 20^oC. Tính áp suất trong bình khi nhiệt độ trong bình tăng lên tới 40^oC.

Phân tích bài toán

Trạng thái 1: T₁= 20+ 273= 293K; p₁= 1,5.10⁵Pa.

Trạng thái 2: T₂= 313K

Hướng dẫn

Phân tích bài toán

Trạng thái 1: $T_1=33+273=306K;p_1=300kPa$

Trạng thái 2: $T_2=310K;$

Giải

$\dfrac{p_{1}}{T_{1}}=\dfrac{p_{2}}{T_{2}} => p_{2} =303,9kPa$

$=>Δp=p_2-p_1=3,9kPa$

Bài tập 3: Một lốp xe được bơm căng không khí có áp suất 2atm và nhiệt độ 20^oC. Hỏi lốp xe chịu được áp suất lớn nhất là 2,4atm, hỏi lốp xe có bị nổ không khi nhiệt độ bên trong lốp xe tăng lên đến 42^oC.

Hướng dẫn

Phân tích bài toán

Trạng thái 1: $T_1=293K;p_1=2atm$

Trạng thái 2: $T_2=315K$

Giải

$\dfrac{p_{1}}{T_{1}}=\dfrac{p_{2}}{T_{2}} => p_{2} =2,15atm$

$p_{2} < p_{max}$ => bánh xe không bị nổ

Bài tập 4: Nung nóng bình thủy tinh có thể tích không đổi chứa không khí tới nhiệt độ 200^oC. Biết ở thời điểm ban đầu khí trong bình ở điều kiện tiêu chuẩn, tính áp suất khí trong bình sau khi nung nóng.

Hướng dẫn

Phân tích bài toán

Trạng thái 1: T₁= 273K; p₁= 1atm

Trạng thái 2: T₂= 473K

Giải

$\dfrac{p_{1}}{T_{1}}=\dfrac{p_{2}}{T_{2}} => p_{2} = 1,73atm$

Bài tập 5: Một bình kín thể tích không đổi chứa khí lí tưởng ở nhiệt độ 27^oC. Hỏi nhiệt độ trong bình tăng thêm một lượng là bao nhiêu, biết áp suất ban đầu và sau khi nhiệt độ thay đổi lần lượt là 1atm và 2,5atm.

Hướng dẫn

Phân tích bài toán

Trạng thái 1: T₁= 300K; p₁= 1atm

Trạng thái 2: p₂= 2,5atm

Giải

ΔT = T₂ – T₁= 450K

Bài tập 6: Một bóng đèn dây tóc chưa sáng chứa khí lí tưởng ở nhiệt độ 27^oC khi bóng đèn phát sáng ở nhiệt độ 105^oC thì áp suất thay đổi một lượng là 0,2atm tính áp suất bên trong bóng đèn trước khi thắp sáng.

Hướng dẫn

Phân tích bài toán

trạng thái 1: T₁= 300K, p₁

trạng thái 2: T₂= 378K, p₂= p₁ + 0,2atm

Giải

Bài tập 7: Một khối khí lí tưởng khí tăng áp suất lên ba lần thì nhiệt độ của khối khí thay đổi một lượng là 600K. Tính nhiệt độ ban đầu của khối khí, coi quá trình biến đổi trạng thái có thể tích không đổi.

Hướng dẫn

Phân tích bài toán

Trạng thái 1: T₁; p₁

Trạng thái 2: $T_{2 }=T_{1 }+ 600K$ ; p₂= 3p₁

Giải

$\frac{p_1}{T_1}=\frac{p_2}{T_2}=>T_1=300K$

Bài tập 8. Áp suất khí trơ trong bóng đèn tăng bao nhiêu lần khi đền sáng nếu nhiệt độ đèn khi tắt là 25^oC, khi sáng là 323^oC

Hướng dẫn

$T_1=298K;T_2=596K$

$\frac{p_2}{p_1}=\frac{T_2}{T_1}=2$

Bài tập 9. Khi đun nóng đẳng tích một khối khí tăng thêm 1K thì áp suất tăng thêm 1/360 áp suất ban đầu. Tính nhiệt độ ban đầu của khối khí.

Hướng dẫn

$p_2=p_1+\frac{p_1}{360}=1,0027p_1;T_2=T_1+1$

Bài tập 10. Một bình đầy không khí ở điều kiện tiêu chuẩn, được đậy bằng một vật có khối lượng m = 2kg. Tiết diện của miệng bình là 10cm². Tìm nhiệt độ cực đại của không khí trong bình để không khí không đẩy nắp bình lên và thoát ra ngoài. Biết áp suất khí quyển là p_o = 1atm

Hướng dẫn

Các lực tác dụng vào nút bình: trọng lực P hướng xuống, áp lực của khí quyển F_o = p_oS, áp lực của khí trong bình F = p.S

Để nắp bình không bị đẩy lên thì F ≤ P + F_o

pS ≤ mg + p_oS => p ≤ p_o + mg/S

p_oαT ≤ p_o + mg/S => T ≤ 327K

trong đó: 1/α = 273

5/5 - (3 votes)

Nuôi Dạy Con Đúng Cách Tất Cả Kiến Thức Về Nuôi Dạy Con

Định Luật Sác Lơ và Quá Trình Đẳng Tích – Lý Thuyết và Bài tập

Quá trình đẳng tích là gì?