Mở đầu trang 42 Vật Lí 12: Để đưa thuốc từ lọ vào trong xilanh của ống tiêm, ban đầu nhân viên y tế đẩy pit- tông sát đầu trên của xilanh, sau đó đưa đầu kim tiêm (được gắn với ống tiêm) vào trong lọ thuốc. Khi kéo pit-tông, thuốc sẽ chảy vào trong xilanh (Hình 6.1). Quá trình lấy máu dùng trong xét nghiệm tại các cơ sở y tế cũng hoàn toàn tương tự. Ứng dụng trên dựa vào các định luật của chất khí. Vậy, đó là những định luật nào?

Lời giải:

Ứng dụng trên dựa vào các định luật Boyle và Charles

Câu hỏi 1 trang 43 Vật Lí 12: Dự đoán mỗi liên hệ giữa áp suất và thể tích khi nén pit-tông xuông hoặc kéo pit-tông lên.

Lời giải:

Nén pit-tông xuống: V giảm, p tăng.

Kéo pit-tông lên: V tăng, p giảm.

Mối liên hệ giữa p và V: tỉ lệ nghịch

Câu hỏi 2 trang 43 Vật Lí 12: Tiến hành thí nghiệm theo các bước hướng dẫn, từ đó tính toán và kiểm tra biểu thức dự đoán, rút ra kết luận về mối liên hệ giữa p và V

Lời giải:

Tích pV của khí luôn là một hằng số.

Mối liên hệ giữa p và V là tỉ lệ nghịch

Câu hỏi 3 trang 44 Vật Lí 12: Từ số liệu Bảng 6.1, vẽ đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa p và V trong hệ toa độ p - V và p - $\frac{1}{V}$. Nhận xét về dạng đồ thị.

Lời giải:

- Đồ thị là một đường cong hypebol.

- Khi V tăng, p giảm và ngược lại.

- Tích số pV của các điểm trên đường cong xấp xỉ bằng hằng số.

Câu hỏi 4 trang 44 Vật Lí 12:  Từ Hình 6.4, chứng minh rằng: T₂ > T₁

Lời giải:

Hình trên cho thấy p1 < p2 vì quá trình chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 là đẳng tích nên T1 < T2

Luyện tập trang 45 Vật Lí 12: Nén đẳng nhiệt một khối khí từ thể tích ban đầu 9 lít xuống còn 4 lít. Áp suất của khối khí sau khi nén tăng hay giảm bao nhiêu lần?

Lời giải:

$p_1{V}_1=p_2{V}_2\Rightarrow \frac{p_2}{p_1}=\frac{V_1}{V_2}=\frac{9}{4}=2,25$

Áp suất của khối khí sau khi nén tăng 2,25 lần

Vận dụng trang 45 Vật Lí 12: Dựa vào định luật Boyle, giải thích tại sao có thể rút thuốc (thể lỏng) từ trong lọ thuốc vào xilanh của ống tiêm khi nhân viên y tế kéo pit-tông như Hình 6.1.

Lời giải:

- Ban đầu:

+ Thể tích khí trong xilanh (V₁) lớn.

+ Áp suất khí trong xilanh (p₁) bằng áp suất khí quyển (p₀).

- Khi kéo pit-tông:

+ Thể tích khí trong xilanh (V₂) giảm.

+ Theo định luật Boyle, áp suất khí trong xilanh (p₂) tăng.

+ Vì p₂ > p₀, áp suất khí trong xilanh lớn hơn áp suất khí quyển.

- Kết quả:

+ Thuốc (thể lỏng) bị đẩy từ lọ thuốc vào xilanh do chênh lệch áp suất.

+ Chênh lệch áp suất = p₂ - p₀

Câu hỏi 5 trang 45 Vật Lí 12: Tiến hành thí nghiệm theo các bước hướng dẫn, thu thập số liệu T, V trong các lần đo. Từ đó:

- Vẽ đồ thị V theo T trong hệ trục toạ độ V - T, nhận xét dạng đồ thị.

- Rút ra mối liên hệ giữa V và T trong quá trình biến đổi đẳng áp.

Lời giải:

+ Đồ thị là một đường thẳng tỉ lệ thuận.

+ Khi T tăng, V tăng và ngược lại.

- Mối liên hệ giữa V và T:

+ V và T tỉ lệ thuận với nhau.

+ Tăng T, V tăng.

+ Giảm T, V giảm.

+ Tỉ số V/T luôn không đổi.

Luyện tập trang 47 Vật Lí 12: Dựa vào thuyết động học phân tử chất khí, hãy giải thích vì sao đường đẳng áp p2 lại ở trên đường đẳng áp p1 trong hình 6.7

Lời giải:

- Nhiệt độ của hai đường đẳng áp là như nhau.

- Theo định luật Charles, V₂ > V₁ (V₂ và V₁ là thể tích tương ứng với p₂ và p₁).

- Do V₂ > V₁, mật độ phân tử trong trường hợp p₂ cao hơn.

- Với cùng nhiệt độ, mật độ phân tử cao hơn dẫn đến số lần va chạm và lực tổng hợp do va chạm lớn hơn.

Câu hỏi 6 trang 47 Vật Lí 12: Cho một khối khí dẫn nở đẳng áp từ nhiệt độ t₁ = 32 °C đến nhiệt độ t₂ = 117 °C, thể tích khối khí tăng thêm 1,7 lít. Xác định thể tích khối khí trước và sau khi dãn nở.

Lời giải:

$$\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}\Rightarrow V_1=T_1\frac{V_2}{T_2}=(32+273).\frac{1,7}{117+273}=1,33l$$

Bài tập

Bài 1 trang 47 Vật Lí 12: Hình nào dưới đây mô tả quá trình đẳng áp của một khối lượng khí xác định?

Lời giải:

Đáp án D

Bài 2 trang 47 Vật Lí 12: Một khối khí xác định dãn nở đẳng nhiệt từ thể tích ban đầu 5 lít đến 12 lít thì áp suất khối khí đã giảm một lượng 80 kPa. Áp suất ban đầu của khối khí bằng bao nhiêu?

Lời giải:

$$p_1{V}_1=p_2{V}_2\Rightarrow p_1=\frac{p_2{V}_2}{V_1}=\frac{\left(p_1-80000\right)12}{5}\Rightarrow p_1$$

Bài 3 trang 47 Vật Lí 12: Một mô hình áp kế khí (Hình 6P.1) gồm một bình cầu thủy tinh có thể tích 270 cm3 gắn với một ống nhỏ AB nằm ngang có tiết diện 0,1 cm2. Trong ống có một giọt thủy ngân. Ở 0 °C giọt thủy ngân cách A 30 cm. Tính khoảng di chuyển của giọt thủy ngân khi hơ nóng bình cầu đến 10 °C. Coi thể tích bình là không đổi.

Lời giải:

Ta có:

Trạng thái 1:$$\{\begin{array}{l}{T}_1=273K\\ V_1=270+0,1.30=273c{m}^3\end{array}$$

Trạng thái 2:$$\{\begin{array}{l}{T}_2=10+273=283K\\ V_2=?\end{array}$$

=> $\begin{array}{l}\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}\leftrightarrow \frac{273}{273}=\frac{V_2}{283}\\ \to V_2=283c{m}^3=273+l\mathrm{s}\\ \to l=\frac{283-273}{0,1}=100cm\end{array}$

Bài 4 trang 47 Vật Lí 12: Vào những ngày trời nắng nóng, nhiệt độ không khí ngoài sân là 42 °C, trong khi nhiệt độ không khí trong nhà là 27 °C. Xem áp suất không khí trong nhà và ngoài sân là như nhau. Khối lượng riêng của không khí trong nhà lớn hơn khối lượng riêng của không khí ngoài sân bao nhiêu lần?

Lời giải:

$$\begin{array}{l}\frac{P_1.V_1}{T_1}=\frac{P_2.V_2}{T_2}\\ \Rightarrow \frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}\Rightarrow \frac{V_1}{V_2}=\frac{T_1}{T_2}\Rightarrow \frac{V_1}{V_2}=\frac{300}{315}\end{array}$$

Mà D = m/V

$\Rightarrow \frac{D_1}{D_2}=\frac{V_2}{V_1}=\frac{315}{300}=1,05$lần

Lý thuyết Định luật Boyle. Định luật Charles

1. Trạng thái và quá trình biến đổi trạng thái của khí

- Trạng thái của một khối lượng khí (khối khí) không đổi được xác định bằng ba thông số: thể tích V, áp suất p và nhiệt độ tuyệt đối T

- Quá trình biến đổi trạng thái của một khối lượng khí xác định mà trong đó có một thông số trạng thái không đổi gọi là đẳng quá trình

+ Đẳng nhiệt là quá trình biến đổi trạng thái, trong đó nhiệt độ được giữ không đổi

+ Đẳng áp là quá trình biến đổi trạng thái, trong đó áp suất được giữ không đổi

+ Đẳng tích là quá trình biến đổi trạng thái, trong đó thể tích được giữ không đổi

2. Định luật Boyle

- Khi nhiệt độ của một khối lượng khí xác định giữ không đổi thì áp suất gây ra bởi khí tỉ lệ nghịch với thể tích của nó:

pV = hằng số

- Đồ thị biểu diễn định luật Boyle là một nhánh của đường hypebol.

- Đường đẳng nhiệt của cùng một lượng khí ứng với các nhiệt độ khác nhau thì khác nhau. Đường đẳng nhiệt của cùng một lượng khí ứng với nhiệt độ $T_1$ ở thấp hơn đường đẳng nhiệt ứng với nhiệt độ $T_2$, với $T_1<T_2$.

- Nếu gọi $p_1,V_1$ là áp suất và thể tích của khí ở trạng thái 1; $p_2,V_2$ là áp suất và thể tích của khí ở trạng thái 2 thì:

$p_1{V}_1=p_2{V}_2$

3. Định luật Charles

- Khi áp suất của một khối lượng khí xác định giữ không đổi thì thể tích của khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó:

$\frac{V}{T}=$ hằng số

- Nếu gọi $V_1,T_1$ lần lượt là thể tích và nhiệt độ tuyệt đối ở trạng thái 1; $V_2,T_2$ lần lượt là thể tích và nhiệt độ tuyệt đối ở trạng thái 2 thì $\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}$

Sơ đồ tư duy Định luật Boyle. Định luật Charles