Lý thuyết Định luật Boyle. Định luật Charles - Vật lí 12 Chân trời sáng tạo

Lý thuyết Vật lí 12 Bài 6: Định luật Boyle. Định luật Charles

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

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

Giữa các thông số trạng thái của một khối khí xác định có những mối liên hệ mang tính quy luật.

Quá trình khối khí biến đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác gọi là quá trình biến đổi trạng thái.

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.

- Đằng áp là quá trình biến đổi trạng thái, trong đó áp suất được giữ không đổi.

- Đằng tích là quá trình biến đổi trạng thái, trong đó thể tích được giữ không đổi.

2. Định luật Boyle

Thí nghiệm khảo sát quá trình đẳng nhiệt

Bước 1: Bố trí thí nghiệm như Hình 6.2.

Bước 2: Mở nút cao su ở đáy xilanh để lấy khí, điều chỉnh để đáy pit-tông ngang vạch số 2 trên xilanh (tương ứng với 20 mL không khí), sau đó lắp chặt nút cao su lại.

Bước 3: Dùng tay ấn từ từ pit-tông xuống đến vạch tương ứng với 15 mL (đoạn dịch chuyển tương ứng với hai khoảng nhỏ trên xilanh), đọc số chỉ trên áp kế, ghi số liệu theo mẫu Bảng 6.1.

Bước 4: Lần lượt điều chỉnh pit-tông đến vạch 20 mL; 25 mL; 30 mL; 35 mL và lặp lại thao tác như bước 3, ghi số liệu theo mẫu Bảng 6.1.

Nội dung định luật Boyle

Định luật Boyle: Ở nhiệt độ không đổi, áp suất của một khối lượng khí xác định tỉ lệ nghịch với thể tích của nó.

pV = hằng số

3. Định luật Charles

Bước 1: Mở nút cao su ở đáy xilanh để lấy khí. Điều chỉnh để đáy pit-tông ngang vạch số 2 trên xilanh và giá trị của áp suất là 1,1.10⁵ Pa, sau đó lắp chặt nút cao su lại.

Bước 2: Bố trí thí nghiệm như Hình 6.5.

Bước 3: Đổ nước nóng (khoảng 90 C) vào ca nhựa sao cho ngập phần khí trong xilanh. Dùng que khuấy khuấy nhẹ nhàng (khoảng 30 giây) để nhiệt độ của nước ổn định (số chỉ nhiệt kế gần như không đổi). Kéo pit-tông lên từ từ để số chỉ áp kế về giá trị ban đầu (1,1.105 Pa). Đọc giá trị nhiệt độ và thể tích khi đó, ghi số liệu theo mẫu Bảng 6.2.

Nội dung định luật Charles

Định luật Charles: Ở áp suất không đổi, thể tích của một khối lượng khí xác định tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó.

$\frac{V}{T}=$ hằng số

Sơ đồ tư duy Định luật Boyle. Định luật Charles

Trắc nghiệm: Định luật Boyle. Định luật Charles

PHẦN I. Câu trắc nghiệm nhiều phương án lựa chọn. Thí sinh trả lời từ câu 1 đến câu 7. Mỗi câu hỏi thí sinh chỉ lựa chọn một phương án.

Câu 1: Hệ thức nào sau đây thể hiện đúng mối liên hệ giữa các thông số trạng thái khí lí tưởng trong quá trình đẳng áp?

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

B. $\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}$.

C. $V_1{T}_1=V_2{T}_2$.

D. $\frac{p_1}{T_1}=\frac{p_2}{T_2}$.

Câu 2: Một lượng khí ở nhiệt độ 30 °C có thể tích 1,0 m³ và áp suất 2,0.10⁵ Pa. Thực hiện nén khí đẳng nhiệt đến áp suất 3,5.10⁵ Pa thì thể tích của lượng khí là

A. 0,6.10⁵ m³.

B. 1,75 m³.

C. 0,6.10^-5 m³.

D. 0,6 m³.

Câu 3: Khi thở ra dung tích của phổi là V₁ = 2,4 lít và áp suất không khí trong phổi là p₁ = 101,7.10³ Pa. Khi hít vào áp suất của phổi là p₂ = 101,01.10³ Pa. Coi nhiệt độ của phổi là không đổi, dung tích của phổi khi hít vào bằng

A. 2,416 lít.

B. 2,384 lít.

C. 2,4 lít.

D. 1,327 lít.

Câu 4: Ở nhiệt độ 273 °C thể tích của một lượng khí xác định là 10 lít. Tính thể tích của lượng khí đó ở 546 °C khi áp suất khí không đổi

A. 12,5 lít.

B. 15,0 lít.

C. 28,3 lít.

D. 30,0 lít.

Câu 5: Quá trình nào sau đây là đẳng quá trình?

A. Đun nóng khí trong một bình đậy kín.

B. Không khí trong quả bóng bay bị phơi nắng, nóng lên, nở ra làm căng.

C. Đun nóng khí trong một xi lanh, khi nở ra đấy pít-tông chuyển động.

D. Cả ba quá trình trên đều không phải là đẳng quá trình.

Câu 6: Chọn câu đúng khi nói về đường đẳng nhiệt trong hệ trục tọa độ (pOV).

A. Là một đường cong hyperbol biểu diễn mối quan hệ của áp suất vào thể tích của một lượng khí xác định khi nhiệt độ không đổi.

B. Là đường thẳng song song với trục OV biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất và thể tích.

C. Là đường thẳng kéo dài đi qua gốc tọa độ.

D. Là đường biểu diễn mối quan hệ giữa thể tích và nhiệt độ.

Câu 7: Nén khí đẳng nhiệt từ thể tích 10 lít đến thể tích 4 lít thì áp suất của khí tăng lên

A. 2,5 lần.

B. 2 lần.

C. 1,5 lần.

D. 4 lần.

PHẦN II. Câu trắc nghiệm đúng sai. Trong mỗi ý a), b), c), d) ở mỗi câu, thí sinh chọn đúng hoặc sai

Câu hỏi: Trong các phát biểu sau đây, phát biểu nào đúng, phát biểu nào sai?

a) Một lượng khí được xác định bởi số các phân tử khí.

b) Đường đẳng nhiệt trong hệ toạ độ (p - T) là đường hypebol.

c) Định luật Boyle cho biết mối liên hệ tỉ lệ thuận giữa áp suất và thể tích của một lượng khí xác định khi nhiệt độ không đổi.

d) Định luật Boyle cho biết mối liên hệ tỉ lệ nghịch giữa áp suất và thể tích của một lượng khí xác định khi nhiệt độ không đổi.

PHẦN III. Câu trả lời ngắn

Câu hỏi: Buồng chứa sản phẩm điều chế là khí hydrogen được giữ ở 20,0 °C và áp suất 1,00 atm. Cần lấy ...... m³ khí hydrogen từ buồng này để nạp đầy bình có thể tích 0,0500 m³ và áp suất 25,0 atm. Coi quá trình nạp khí được giữ cho nhiệt độ không đổi.