SGK Vật Lí 10 - Bài 29. Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Bôi-lo - Ma-ri-ốt

Quá trình đẳng nhiệt Định luật bôi-lơ - MA-RI-ỐT
Rô-bớt Bôi-lơ
(Robert Boyle, 1627- 1691) Nhà vật lí người Anh
Hình 29.1
Thí nghiệm mô tả ở Hình 29.1 cho thấy khi thể tích của một lượng khí giám thì áp suất tăng, nhưng chưa cho biết mối liên hệ định lượng giữa áp suất và thế tích cúa một lượng khí.
Làm thế nào để tìm được mối liên hệ này ?
I - TRẠNG THÁI VÀ QUÁ TRÌNH BIỂN ĐỔI TRẠNG THÁI
Trạng thái của một lượng khí được xác định bằng thể tích V, áp suất p và nhiệt độ tuyệt đối r Nhiệt độ tuyệt đối là nhiệt độ theo nhiệt giai Ken-vin, có đơn vị là kenvin, kí hiệu là K : T (K) = 273 + t (xem Vật lí 8).
.
Những đại lượng này được gọi là các thông số trạng thái của một lượng khí. Giữa các thông số trạng thái của một lượng khí có những mối liên hệ xác định. Lượng khí có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác bằng các quá trình biến đổi trạng thái, gọi tắt là quá trình.
Trong hầu hết các quá trình tự nhiên, cả ba thông số trạng thái đều thay đổi. Tuy nhiên cũng có thể thực hiện được những quá trình trong đó chỉ có hai thông số biến đổi, còn một thông số không đổi. Những quá trình này được gọi là đẳng quá trình.
Người ta có thể dùng thí nghiệm để nghiên cứu các đẳng quá trình, tìm ra mối liên hệ giữa từng cặp thông số, từ đó xây dựng phương trình mô tả mối liên hệ đồng thời cả ba thông số.
II - QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT
Quá trình biến đổi trạng thái trong đó nhiệt độ được giữ không đổi gọi là quá trình đẳng nhiệt.
Ill	- ĐỊNH LUẬT BÔI-LO - MA-RI-ỐT
Đặt vấn đề
Từ những quan sát hằng ngày và những thí nghiệm đơn giản như thí nghiệm ở Hình 29.1, ta thấy khi nhiệt độ không đổi, nếu thể tích của một lượng khí giảm thì áp suất của nó tăng. Nhưng liệu áp suất có tăng tỉ lệ nghịch với thể tích không ?
Để trả lời câu hỏi này ta phải dựa vào thí nghiệm.
Hình 29.2. Sơ đồ thí nghiệm quá trình đẳng nhiệt.
Dùng tay ấn pit-tông (2) xuống hoặc kéo pit-tông .lên để làm thay đổi thể tích không khí trong xilanh (1). Sự thay đổi áp suất của không khí trong xilanh được nhận biết nhờ áp kế (3).
Thí nghiệm
Thí nghiệm vẽ ở Hình 29.2 cho phép đo các giá trị của áp suất khi thể tích của một lượng khí thay đổi, còn nhiệt độ không thay đổi. Dựa vào đó ta có thể trả lời được câu hỏi trên.
Nếu p ~ Ỵ7 thì pV = hằng số Kết quả thí nghiêm
Bảng 29.1
0B Hãy tính các giá trị của tích pVỞ Bảng 29.1 và rút ra kết luận về dự đoán.
SI Hãy dùng các sô' liệu trong bảng kết quả thí nghiệm để vẽ đường biểu diễn sự biến thiên của p theo V trong hệ toạ độ (p, V).
Trên trục hoành : 1 cm ứng với 10 cm3.
Trên trục tung : 1 cm ứng với 0.2.105 Pa.
Ví dụ :
Dưói áp suất 105 Pa một lượng khí có thể tích là 10 lít. Tính thể tích của lượng khí này khi áp suất là 1,25.10s Pa. Biết nhiệt độ được giữ không đổi. Giải :
Trạng thái 1 Trạng thái 2 Pj = 10sPa p2= 1,25.10s Pa
= 10 / v2 = ?
Theo định luật Bôi-lơ — Ma-ri-ốt
ta có :
PỉV\=P2V2
Do đó :
_ PịVị _ 1,00.10 2 p2 1,25
v2 = 8 lít
Định luật Bôi-lơ - Ma-rỉ-ốt
Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ nghịch với thế tích.
p ~ y hay pV = hằng số	(29.1)
Định luật trên được nhà vật lí người Anh Bôi-lơ (Boyle, 1627 - 1691) tìm ra năm 1662 và nhà vật lí người Pháp Ma-ri-ốt (Mariotte, 1620 - 1684) cũng tìm ra một cách độc lập vào năm 1676, nên được gọi là định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt.
Nếu gọi Pị, V1 là áp suất và thể tích của một lượng khí ở trạng thái 1 ; p2, V2 là áp suất và thể tích của lượng khí này ở trạng thái 2, thì theo định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt ta có :
PỉVỉ=P2V2	.	(29.2)
- ĐƯỜNG ĐẰNG NHIỆT
Đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo thể tích khi nhiệt độ không đổi gọi là đường đẳng nhiệt. Trong hệ toạ độ (/?, V) đường này là đường hypebol.
ứng vói các nhiệt độ khác nhau của cùng một lượng khí có các đường đẳng nhiệt khác nhau (Hình 29.3).
Đường đẳng nhiệt ở trên ứng với nhiệt độ cao hơn đường đẳng nhiệt ở dưới.
Trạng thái cùa một lượng khí đuực xác định bằng các thông số trạng thái: áp suất P, thể tích V,và nhiệt độ tuyệt đối T.
Quá trình đẳng nhiệt là quá trình biến đổi trạng thái khi nhiệt độ không đổi.
Định luật Bôi-lo - Ma-ri-ốt: Trong quá trình đẳng nhiệt của một luọng khí nhất định, áp suất tì lệ nghịch với thể tích.
p ~	pV = hằng số
Trong hệ toạ độ (p, V) đường đẳng nhiệt là đường hypebol.
CÂU HÒI VÀ BÀI TẬP
Kể tên các thông số trạng thái của một lượng khí.
Thế nào là quá trình đẳng nhiệt ?
Phát biểu và viết hệ thức của định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt.
Đường đẳng nhiệt trong hệ toạ độ (p, V) có dạng gì ?
7. Hệ thức nào sau đây phù hợp với định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt ?
A. P1 = p2\/2.
c' p' v' '
B.
V,
D.p ~v.
Trong các đại lượng sau đây, đại lượng nào không phải là thông số trạng-thái của một lượng khí ?
A. Thể tích.	B. Khối lượng,
c. Nhiệt độ tuyệt đối. D. Áp suất.
Trong các hệ thức sau đây hệ thức nào không phù hợp với định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt ?
Một xilanh chứa 150 cm3 khí ở áp suất 2.105 Pa. Pit-tông nén khí trong xilanh xuống còn 100 cm3. Tính áp suất của khí trong xilanh lúc này, coi nhiệt độ như không đổi.
Một quả bóng có dung tích 2,5 lít. Người ta bơm không khí ở áp suất 105 Pa vào bóng. Mỗi lần bơm được 125 cm3 không khí. Tính áp suất của không khí trong quả bóng sau 45 lần bơm. Coi quả bóng trước khi bơm không có không khí và trong khi bơm nhiệt độ của không khí không thay đổi.
c. v~p.	D. p1V,1 =p2V,2.