Hotline 0936685849

Quá trình đẳng áp là gì? Công thức Định luật Charles quá trình đẳng áp và ví dụ?

10:55:2813/02/2025

Chào các em! Trong chương trình Vật lí lớp 10 (cũng có thể xuất hiện trong một số chương trình lớp 12), chúng ta đã tìm hiểu về các quá trình biến đổi trạng thái của chất khí. Một trong những quá trình cơ bản đó là quá trình đẳng áp, được mô tả bằng Định luật Charles.

Bài viết này sẽ hệ thống hóa các kiến thức quan trọng nhất về quá trình đẳng áp, công thức của Định luật Charles và các ví dụ minh họa chi tiết để giúp các em vận dụng giải bài tập một cách thành thạo.

1. Quá trình đẳng áp là gì?

Quá trình đẳng áp là quá trình biến đổi trạng thái của một lượng khí xác định khi áp suất ( $P$ ) được giữ không đổi.

Trong quá trình này, các thông số trạng thái còn lại là thể tích ( $V$ ) và nhiệt độ tuyệt đối ( $T$ ) sẽ thay đổi.

2. Định luật Charles và công thức

Định luật Charles phát biểu:

Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí xác định, thể tích ( $V$ ) của khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối ( $T$ ) của nó.

Công thức: Định luật Charles có thể biểu diễn bằng công thức toán học sau:

hay

Khi một lượng khí chuyển từ trạng thái 1 (với thể tích $V_1$ và nhiệt độ $T_1$ ) sang trạng thái 2 (với thể tích $V_2$ và nhiệt độ $T_2$ ) trong điều kiện áp suất không đổi, ta có:

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

Lưu ý quan trọng: Nhiệt độ trong công thức phải là nhiệt độ tuyệt đối (đơn vị Kelvin - K).
- Công thức chuyển đổi: $T(K)=t(^\circ C)+273$ .

Ứng dụng của Định luật Charles

Định luật Charles có nhiều ứng dụng thực tế trong đời sống và khoa học, bao gồm:

Nhiệt kế khí: Dùng sự thay đổi thể tích của khí để đo nhiệt độ.
Bóng bay, bình ga: Giải thích sự thay đổi thể tích của khí khi nhiệt độ môi trường thay đổi.
Hệ thống điều hòa: Sử dụng sự thay đổi thể tích khí để điều chỉnh nhiệt độ.
Y học: Áp dụng trong việc chẩn đoán và điều trị các bệnh về phổi.
Vật lí: Là nền tảng để nghiên cứu các tính chất của khí.

3. Ví dụ vận dụng công thức Định luật Charles

Ví dụ 1: Tính thể tích khi thay đổi nhiệt độ

Ở $27^\circ C$ , thể tích của một lượng khí là 6 lít. Thể tích của lượng khí đó ở nhiệt độ $127^\circ C$ khi áp suất không đổi là bao nhiêu?

Lời giải:

Bước 1: Tóm tắt các thông số trạng thái.
- Trạng thái 1:
  - Thể tích $$V_1=6\text{(l)}$.$
  - Nhiệt độ $$t_1=27^\circ C\Rightarrow T_1=27+273=300\text{K}$.$
- Trạng thái 2:
  - Thể tích $V_2=?$
  - Nhiệt độ $$t_2=127^\circ C\Rightarrow T_2=127+273=400\text{K}$.$
Bước 2: Áp dụng công thức Định luật Charles.

$\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}\Rightarrow\frac{6}{300}=\frac{V_2}{400}$
Bước 3: Giải phương trình tìm $V_2$

$V_2=\frac{6\cdot 400}{300}=\frac{6\cdot 4}{3}=8\text{(l{i}\'t)}$ .

Vậy, thể tích của lượng khí đó ở $127^\circ C$ là 8 lít.

Ví dụ 2: Tính nhiệt độ khi thể tích thay đổi

Một khối khí lí tưởng có nhiệt độ ở trạng thái ban đầu là $27^\circ C$ . Hãy xác định nhiệt độ của khối khí sau khi đun nóng đẳng áp để thể tích của khối khí tăng lên gấp 3 lần?

Lời giải:

Bước 1: Tóm tắt các thông số trạng thái.
- Trạng thái 1:
  - Thể tích $$V_1=V\text{(l)}$.$
  - Nhiệt độ $$t_1=27^\circ C\Rightarrow T_1=27+273=300\text{K}$.$
- Trạng thái 2:
  - Thể tích $$V_2=3V$.$
  - Nhiệt độ $T_2=?$
Bước 2: Áp dụng công thức Định luật Charles.

$\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}\Rightarrow\frac{V}{300}=\frac{3V}{T_2}$
Bước 3: Giải phương trình tìm $T_2$

$T_2=\frac{3V\cdot 300}{V}=900\text{(K)}$
Bước 4: Chuyển đổi nhiệt độ sang độ C.

$t_2=T_2-273=900-273=627^\circ C$

Vậy, nhiệt độ của khối khí sau khi đun nóng là $627^\circ C$ .

Qua bài viết này, các em đã nắm vững khái niệm quá trình đẳng áp và Định luật Charles. Hãy luôn nhớ rằng, khi giải các bài tập liên quan, việc đổi nhiệt độ từ độ C sang Kelvin là bước quan trọng nhất để có được kết quả chính xác.