Vật lý 10 bài 31: Quá trình đẳng áp, Phương trình trạng thái của khí lí tưởng. Khi nhúng một quả bóng bàn bị bẹp vào nước thì quả bóng phồng lên, trong quá trình đó nhiệt độ, áp suất và thể tích của khí chứa trong quả bóng đều biến đổi. Vậy mối quan hệ giữa nhiệt độ, áp suất và thể tích của khí này là gì?
Trong bài viết này, chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu về Phương trình trạng thái của khí lý tưởng? Công thức cho quá trình đẳng tích là gì? sau đó vận dụng vào giải một số bài tập để học sinh nắm vững hơn nội dung lý thuyết.
I. Khí thực và khí lí tưởng
– Khí thực là chất khí tồn tại trong thực tế dưới dạng (oxy, nitơ, cacbonic,…) các khí này chỉ tuân theo sự sắp xếp đúng của các định luật Boyle – Mariot và Charles. giá trị của tích số pV và thương số p/V thay đổi theo chất, nhiệt độ và áp suất của khí.
Chỉ có khí lí tưởng mới tuân theo các định luật về khí đã học. Sự khác biệt giữa khí thực và khí lý tưởng không lớn ở nhiệt độ và áp suất bình thường.
II. Phương trình trạng thái của khí lý tưởng
– Đường biểu diễn 2 giai đoạn chuyển hóa trên đồ thị p–V.
– Xét một chất khí chuyển từ trạng thái 1 (p1, V1, T1) sang trạng thái 2 (p2, V2, T2) qua trạng thái trung gian 1′ (p, V2, T1).
– Quá trình đi từ 1 → 1′: đẳng nhiệt p1V1 = p2V2 (1)
– Quá trình đi từ 1′ → 2: đồng sản phẩm p’/T1 = p2/V2 (2)
– Từ (2) suy ra P’ thay vào (1) ta có:
Đẹp 
(không thay đổi)
Độ lớn của hằng số này phụ thuộc vào khối lượng của khí.
– Phương trình trên do nhà vật lý người Pháp Clapeyron (Claperon) đề xuất năm 1834 và được gọi là phương trình trạng thái của khí lý tưởng hay phương trình Clapeyron.
III. quá trình đẳng tĩnh
1. Quá trình đẳng tích là gì?
Một quá trình đẳng áp là một quá trình thay đổi trạng thái khi áp suất không đổi.
2. Mối quan hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng tích
Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.
Công thức cho quá trình đẳng tích: 
(không thay đổi)
3. Đường đẳng áp
– Đường biểu diễn sự thay đổi của thể tích theo nhiệt độ khi áp suất không đổi gọi là đường đẳng áp.
– Ứng với các áp suất khác nhau của cùng một lượng khí có các đường đẳng áp khác nhau.
IV. Không tuyệt đối
– nếu giảm nhiệt độ xuống 0K thì p=0 và V=0, hơn nữa ở nhiệt độ dưới 0K áp suất và thể tích sẽ âm. Chuyện đó không thể xảy ra được. Do đó, Kevin đã giới thiệu thang đo nhiệt độ bắt đầu từ 0K được gọi là độ không tuyệt đối.
– nhiệt độ trong thang đo Kelvin đều dương và mỗi vạch chia trong thang đo này bằng với từng vạch chia trong thang đo độ C. chính xác thì độ không tuyệt đối hơi thấp hơn –2730C (khoảng –273,150C). Nhiệt độ thấp nhất mà con người có thể đạt được trong phòng thí nghiệm ngày nay là 10-9K.
V. Bài tập vận dụng quá trình đẳng áp và phương trình khí lý tưởng
* Bài 1 trang 165 SGK Vật Lý 10: Thế nào là khí lí tưởng?
° Lời giải bài 1 trang 165 SGK Vật Lý 10:
Khí lí tưởng là khí trong đó các phân tử của khí được coi là chất điểm và các phân tử chỉ tương tác với nhau khi va chạm.
* Bài 2 trang 165 SGK Vật Lý 10: Lập phương trình trạng thái của khí lí tưởng.
° Giải bài 2 trang 165 SGK Vật Lý 10:
– Xét một chất khí chuyển từ trạng thái 1 (p1, V1, T1) sang trạng thái 2 (p2, V2, T2) qua trạng thái trung gian 1′ (p, V2, T1).
– Quá trình đi từ 1 → 1′: đẳng nhiệt p1V1 = p2V2 (1)
– Quá trình đi từ 1′ → 2: đồng sản phẩm p’/T1 = p2/V2 (2)
– Từ (2) suy ra P’ thay vào (1) ta có:
Đẹp (không thay đổi)
⇒ Đây là phương trình trạng thái của khí lí tưởng.
* Bài 3 trang 165 SGK Vật Lý 10: Viết biểu thức hệ thức nở đẳng tích của chất khí.
° Giải bài 3 trang 165 SGK Vật Lý 10:
Công thức giãn nở đẳng tích của chất khí:
Đẹp 
(không thay đổi).
* Bài 4 trang 165 SGK Vật Lý 10: Hãy ghép các quá trình ghi bên trái với các phương trình tương ứng ghi bên phải.
| 1.Quá trình đẳng nhiệt | a) p1/T1 = p2/T2 |
| 2. Quá trình đồng đều | b) V1/T1 = V2/T2 |
| 3. Quá trình đẳng tĩnh | c) p1V1 = p2V2 |
| 4. Bất kỳ quy trình nào | d)(p1V1)/T1 = (p2V2)/T2 |
° Giải bài 4 trang 165 SGK Vật Lý 10:
– Ta có: 1-c; 2 một; 3-b; 4-d.
– Lưu ý: Phương trình (d) áp dụng cho mọi sự chuyển đổi trạng thái của khí lý tưởng, nhưng điều kiện là khối lượng của khí không đổi trong quá trình chuyển đổi trạng thái.
* Bài 5 trang 166 SGK Vật Lý 10: Trong hệ tọa độ (V, T), điểm nào sau đây biểu diễn một đường đẳng tích?
A. Đường thẳng song song với trục hoành
B. Đường thẳng song song với trục tung
C. Hypebol
D. Đường thẳng kéo dài đi qua gốc tọa độ
° Giải bài 5 trang 166 SGK Vật Lý 10:
◊ chọn đáp án: D. Đường thẳng kéo dài qua gốc tọa độ
* Bài 6 trang 166 SGK Vật Lý 10: Mối quan hệ giữa áp suất thể tích và nhiệt độ của một chất khí trong quá trình nào sau đây không được xác định bởi phương trình trạng thái của khí lí tưởng?
A. Nung nóng một lượng khí trong bình kín
B. Nung nóng một lượng khí trong bình không đậy nắp
C. Đốt nóng một lượng khí trong xi lanh kín có pít-tông làm khí nóng lên, nở ra, đẩy pít-tông chuyển động
D. dùng tay bóp quả bóng bàn.
° Giải bài 6 trang 166 SGK Vật Lý 10:
◊ lựa chọn đáp án: B. Nung nóng một lượng khí trong bình không đậy nắp
– Vì khi đun không đậy kín bình nên một lượng khí sẽ thoát ra, phương trình trạng thái sẽ không đúng.
* Bài 7 trang 166 SGK Vật Lý 10: Trong phòng thí nghiệm, người ta điều chế được 40 cm3 khí hiđro ở áp suất 750 mmHg và nhiệt độ 27oC. Tính thể tích lượng khí trên ở điều kiện tiêu chuẩn (áp suất 760). mmHg và nhiệt độ 0°C).
° Lời giải bài 7 trang 166 SGK Vật Lý 10:
– Khi ở trạng thái 1: p1 = 750 mmHg; T1 = 27 + 273 = 300K; V1 = 40 cm3
– Khi ở trạng thái 2: po = 760 mmHg; Đến = 0 + 273 = 273K; Võ = ?
Sử dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng:
* Bài 8 trang 166 SGK Vật Lý 10: Tính khối lượng riêng của không khí trên đỉnh đỉnh Phan-xi-păng 3 cao 140 m. Biết rằng cứ lên cao 10m thì áp suất khí quyển giảm đi 1 mmHg và nhiệt độ trên đỉnh núi là 2oC. Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn (áp suất 760 mmHg và nhiệt độ 0oC) là 1,29 kg/m3.
° Lời giải bài 8 trang 166 SGK Vật Lý 10:
– Cứ lên cao 10 m thì áp suất khí quyển giảm đi 1 mmHg ⇒ Ở độ cao 3140 m, áp suất khí quyển giảm đi 340 mmHg.
– tương tự áp suất khí quyển trên đỉnh núi Phan Xi Păng là: 760 – 314 = 446 mmHg.
– Trạng thái 1: p1 = 760 – 314 = 446 mmHg; T1 = 273 + 2 = 275K; V1 ; D1
– Trạng thái 2: p0 = 760 mmHg; T0 = 273K; V0; D0 = 1,29 (kg/m3)
Ta có phương trình trạng thái:
– Mặt khác, ta có công thức tính thể tích theo khối lượng riêng:
– Kết luận: khối lượng riêng của không khí trên đỉnh núi Phan-xi-păng 3 cao 140 m là 0,75 kg/cm3.
Hy vọng với bài viết về Quá trình đẳng áp, Phương trình trạng thái khí lý tưởng và Bài tập trên hữu ích cho các bạn. Mọi góp ý và thắc mắc các bạn vui lòng để lại bình luận dưới bài viết để trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong ghi nhận và hỗ trợ, chúc các bạn học tốt.
Bản quyền bài viết thuộc về trường THPT Lê Hồng Phong. Mọi sao chép đều là gian lận!
Nguồn chia sẻ: https://c3lehongphonghp.edu.vn
Vật lý 10 bài 31: Quá trình đẳng áp, Phương trình trạng thái khí lí tưởng