Quá trình đẳng nhiệt, Định luật Bôi-Lơ Ma-ri-ốt (Boyle Mariotte) Công thức tính và Bài tập - Vật lý 10 bài 29

04:26:1001/12/2019

Bằng thí nghiệm chúng ta đã biết khi thể tích của một lượng khí giảm thì áp suất tăng, tuy nhiên chúng ta lại chưa biết mối liên hệ định lượng giữa áp suất và thể tích của một lượng khí.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về Quá trình đẳng nhiệt là gì? Định luật Bôi-Lơ Ma-ri-ốt (Boyle Mariotte) phát biểu như thế nào? Công thức tính của quá trình đẳng nhiệt hay biểu thức định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt viết như thế nào? để giải đáp thắc mắc trên.

I. Trạng thái và quá trình biến đổi trạng thái

- Trạng thái của một lượng khí được xác định bằng thể tích V, áp suất p và nhiệt độ tuyệt đối T. thí nghiệm hình 29.1 trang 156 sgk vật lý 10

- Các giá trị p, V và T này được gọi là các thông số trạng thái. 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.

- 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.

II. Quá trình đẳng nhiệt là gì?

- Quá trình đẳng nhiệt là quá trình biến đổi trạng thái trong đó nhiệt độ được giữ không đổi.

III. Định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt (Boyle Mariotte)

1. Đặt vấn đề

- Khi nhiệt độ không đổi, nếu thể tích của một lượng khí giảm thì áp suất của nó tăng. Nhưng áp suất có tăng tỉ lệ nghịch với thể tích hay không? Để trả lời câu hỏi này ta phải dựa vào thí nghiệm.

2. Thí nghiệm

- Thay đổi thể tích của một lượng khí, đo áp suất ứng với mỗi thể tích ta có kết quả:

Thể tích V (cm³)	Áp suất p (10⁵Pa)	pV
20	1,00	2
10	2,00	2
40	0,50	2
30	0,67	2

- Trong quá trình đẳng nhiệt của một khối lượng khí xác định, áp suất tỉ lệ nghịch với thẻ tích.

3. Định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt (Boyle Mariotte)

- Phát biểu: Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích.

- Công thức, biểu thức định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt:

$small psim frac{1}{V}$ hay small pV=const (hằng số)

- Định luật trên được nhà vật lý người Anh Bôi-lơ (Boyle, 1627 - 1691) tìm ra năm 1662 và nhà vật lý 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 $p_{1}, V_{1}$ là áp suất và thể tích của một lượng khí ở trạng thái 1; $p_{2}, V_{2}$ là áp suất và thể tích của lượng khí này ở trạng thái 2, thì theo định luật Boyle - Mariotte ta có:

$small p_{1}V_{1}=p_{2}V_{2}$

IV. Đường đẳng 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 $(p, V)$ đường này là đường hypebol.

đường đẳng nhiệt

- Ứng với các nhiệt độ khác nhau của cùng một lượng khí có các đường đẳng nhiệt khác nhau.

- Đường đẳng nhiệt ở trên ứng với nhiệt độ cao hơn đường đẳng nhiệt ở dưới.

V. Bài tập vận dụng quá trình đẳng nhiệt, biểu thức định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt

* Bài 1 trang 159 SGK Vật Lý 10: Kể tên các thông số trạng thái của một lượng khí

° Lời giải bài 1 trang 159 SGK Vật Lý 10:

◊ Có 3 thông số trạng thái của một lượng khí:

+ Áp suất (P). Đơn vị áp suất: Paxcan (Pa); N/m²; atmôtphe (atm); milimet thủy ngân (mmHg).

1Pa = 1 N/m² ; 1 atm = 1,013.10⁵ Pa; 1 atm = 760 mmHg.

+ Thể tích (V). Đơn vị : cm³; lít ; m³.

1 cm³ = 10^(-6) m³; 1 lít = 1dm³ = 10^(-3)( m³)

+ Nhiệt độ tuyệt đối (T): Đơn vị : Kenvin kí hiệu K.

- Liên hệ nhiệt độ Kenvin và nhiệt độ cenciut: T = t + 273

* Bài 2 trang 159 SGK Vật Lý 10: Thế nào là quá trình đẳng nhiệt?

° Lời giải bài 2 trang 159 SGK Vật Lý 10:

- Quá trình đẳng nhiệt là quá trình biến đổi trạng thái của một lượng khí xác định, trong đó nhiệt độ được giữ không đổi.

* Bài 3 trang 159 SGK Vật Lý 10: Phát biểu và viết hệ thức của định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt.

° Lời giải bài 3 trang 159 SGK Vật Lý 10:

- Định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt: Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích.

- Biểu thức của định luật Boyle - Mariotte:

$small p_{1}V_{1}=p_{2}V_{2}=...=p_{n}V_{n}=const$ (hằng số)

hay: $small psim frac{1}{V}$

* Bài 4 trang 159 SGK Vật Lý 10: Đường đẳng nhiệt trong hệ tọa độ (p, V) có dạng gì?

° Lời giải bài 4 trang 159 SGK Vật Lý 10:

- Đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo thể tích khi nhiệt độ không đổi gọi là đường đẳng nhiệt. Trong hệ tọa độ (p, V) đường này là đường hypebol.

* Bài 5 trang 159 SGK Vật Lý 10: 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

° Lời giải bài 5 trang 159 SGK Vật Lý 10:

◊ Chọn đáp án: B. Khối lượng

- Vì trạng thái của một lượng khí được xác định bằng các thông số trạng thái: là áp suất p, thể tích V và nhiệt độ tuyệt đối T.

* Bài 6 trang 159 SGK Vật Lý 10: Trong các hệ thức sau đây hệ thức nào KHÔNG phù hợp với định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt?

A. $small psim frac{1}{V}$ B. $small Vsim frac{1}{p}$ C. small Vsim p D. $small p_{1}V_{1}=p_{2}V_{2}$

° Lời giải bài 6 trang 159 SGK Vật Lý 10:

◊ Chọn đáp án: C.

- Vì định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt phát biểu như sau: Ở nhiệt độ không đổi, tích của áp suất p và thể tích V của một lượng khí xác định là một hằng số: p.V = const.

$small p_{1}V_{1}=p_{2}V_{2}Leftrightarrow frac{p_{1}}{p_{2}}=frac{V_{2}}{V_{1}}$

* Bài 7 trang 159 SGK Vật Lý 10: Hệ thức nào sau đây phù hợp với định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt?

A. $small p_{1}V_{1}=p_{2}V_{2}$

B. $small frac{p_{1}}{V_{1}}=frac{p_{2}}{V_{2}}$

C. $small frac{p_{1}}{p_{2}}=frac{V_{1}}{V_{2}}$

D. small psim V

° Lời giải bài 7 trang 159 SGK Vật Lý 10:

◊ Chọn đáp án: A. $small p_{1}V_{1}=p_{2}V_{2}$

* Bài 8 trang 159 SGK Vật Lý 10: Một xilanh chứa 150cm³ khí ở áp suất 2.10⁵ Pa.Pit-tông nén khí trong xilanh xuống còn 100cm³. Tính áp suất của khí trong xilanh lúc này, coi nhiệt độ như không đổi.

° Lời giải bài 8 trang 159 SGK Vật Lý 10:

- Khi ở trạng thái 1, ta có: p₁ = 2,5.10⁵(Pa); V₁ = 150cm³

- Khi ở trạng thái 2, ta có: p₂ = ? (Pa); V₂ = 100cm³

- Áp dụng công thức của quá trình đẳng nhiệt ta có:

$small p_{1}V_{1}=p_{2}V_{2}Rightarrow p_{2}=frac{p_{1}V_{1}}{V_{2}}$ $small =frac{2.10^{5}.150}{100}=3.10^{5}(Pa)$

- Kết luận: Tính áp suất của khí trong xilanh lúc đó là 3.10⁵(Pa).

* Bài 9 trang 159 SGK Vật Lý 10: 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.

° Lời giải bài 9 trang 159 SGK Vật Lý 10:

- Sau 45 lần bơm đã đưa vào quả bóng một lượng khí ở bên ngoài có thể tích và áp suất tương ứng là:

V₁ = 45. 125 cm³ = 5625 cm³

P₁ = 10⁵ Pa

- Khi nhốt hết lượng khí trên vào quả bóng thì nó có thể tích là bằng thể tích quả bóng:

V₂= 2,5 lít = 2500 cm³

và một áp suất là P₂

- Quá trình là đẳng nhiệt, áp dụng công thức định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt:

$small p_{1}V_{1}=p_{2}V_{2}Rightarrow p_{2}=frac{p_{1}V_{1}}{V_{2}}$ $small =frac{10^{5}.5625}{2500}=2,25.10^{5}(Pa)$

- Kết luận: Áp suất của không khí trong quả bóng sau 45 lần bơm là 2,25.10⁵(Pa).

Hy vọng với bài viết về Quá trình đẳng nhiệt, Định luật Bôi-Lơ Ma-ri-ốt (Boyle Mariotte) Công thức tính và Bài tập ở trên hữu ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em vui lòng để lại bình luận dưới bài viết để Hay Học Hỏi ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt.

¤ Xem thêm các bài viết khác tại:

» Mục lục SGK Vật lý 10 Lý thuyết và Bài tập

» Mục lục SGK Hóa học 10 Lý thuyết và Bài tập