Giải bài 3 trang 47 Vật lí 12 Chân trời sáng tạo

Bài 3 trang 47 Vật lí 12 Chân trời sáng tạo:

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.

Phân tích và Hướng dẫn giải

1. Xác định đẳng quá trình

Vì ống AB nằm ngang và giọt thủy ngân có thể di chuyển tự do, áp suất của khối khí trong bình luôn cân bằng với áp suất khí quyển bên ngoài. Do đó, đây là quá trình đẳng áp.

2. Tóm tắt các trạng thái của khối khí

• Trạng thái 1:

  • Nhiệt độ tuyệt đối: $T_1 = 0 + 273 = 273\ K$.

  • Thể tích $V_1$: Gồm thể tích bình cầu cộng với thể tích phần ống từ A đến vị trí giọt thủy ngân.

  • $V_1 = V_{bình} + S \cdot l_1$.

• Trạng thái 2:

  • Nhiệt độ tuyệt đối: $T_2 = 10 + 273 = 283\ K$.

  • Thể tích $V_2$: Khối khí dãn nở đến vị trí mới.

  • $V_2 = V_{bình} + S \cdot l_2$.

3. Định luật áp dụng

Sử dụng định luật Charles cho quá trình đẳng áp:

Giải Bài 3 trang 47 Vật lí 12 Chân trời sáng tạo:

Áp dụng định luật Boyle và Charles, ta có:

Trạng thái 1: $\left\{\begin{matrix} T_1=273K\\ V_1=270+0,1.30=273cm^3 \end{matrix}\right.$

Trạng thái 2: $\left\{\begin{matrix} T_2=10+273=283K\\ V_2=? \end{matrix}\right.$

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

$\Rightarrow V_2=283.\frac{273}{273}=283cm^3=273+ls$

$\Rightarrow l=\frac{283-273}{0,1}=100(cm)$