Quá trình đẳng tích, Định luật Sác-lơ Công thức tính và Bài tập vận dụng - Vật lý 10 bài 30

12:56:1501/12/2019

Chào các em! Sau khi đã tìm hiểu về mối quan hệ giữa áp suất và thể tích trong quá trình đẳng nhiệt, hôm nay chúng ta sẽ cùng khảo sát một quá trình quan trọng khác: quá trình đẳng tích. Vậy quá trình đẳng tích là gì? Định luật Sác-lơ được phát biểu như thế nào và công thức đẳng tích được áp dụng ra sao? Bài viết này sẽ giúp các em giải đáp tất cả các câu hỏi đó.

I. Quá trình đẳng tích là gì?

Quá trình đẳng tích là quá trình biến đổi trạng thái của một lượng khí nhất định khi thể tích được giữ không đổi.

quá trình đẳng tích

II. Định luật Sác-lơ

1. Phát biểu Định luật Sác-lơ

Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí có thể tích không đổi, áp suất của khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.

2. Công thức đẳng tích (Biểu thức Định luật Sác-lơ)

Biểu thức của định luật Sác-lơ được viết như sau:

\frac{p}{T}=const

Hoặc, khi xét hai trạng thái:

\frac{p_1}{T_1}=\frac{p_2}{T_2}

$p_1,T_1$ là áp suất và nhiệt độ tuyệt đối ở trạng thái 1.
$p_2,T_2$ là áp suất và nhiệt độ tuyệt đối ở trạng thái 2.

Lưu ý: Nhiệt độ trong các công thức này luôn phải là nhiệt độ tuyệt đối ( $T = t + 273$ ).

III. Đường đẳng tích

Đường đẳng tích là đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo nhiệt độ khi thể tích không đổi.

Trong hệ tọa độ $(p,T)$ , đường đẳng tích là một đường thẳng mà nếu kéo dài sẽ đi qua gốc tọa độ.
Ứng với các thể tích khác nhau của cùng một lượng khí, ta có những đường đẳng tích khác nhau. Đường đẳng tích ở trên tương ứng với thể tích nhỏ hơn.

đường đẳng tích

IV. Bài tập vận dụng công thức đẳng tích và Định luật Sác-lơ

Bài 1: Thế nào là quá trình đẳng tích? Cho ví dụ.

Lời giải: Quá trình đẳng tích là quá trình biến đổi trạng thái của một lượng khí nhất định khi thể tích không thay đổi.
Ví dụ: Nung nóng một bình kín chứa khí. Khi đó, nhiệt độ tăng, áp suất tăng nhưng thể tích của khí không đổi.

Bài 2: Viết hệ thức liên hệ giữa P và T trong quá trình đẳng tích.

Lời giải: Hệ thức liên hệ giữa P và T trong quá trình đẳng tích là:

$\frac{p}{T}=\text{const}\quad\:\text{hay}\:\quad\frac{p_1}{T_1}=\frac{p_2}{T_2}$

Bài 3: Phát biểu định luật Sác-lơ.

Lời giải: Định luật Sác-lơ được phát biểu như sau: Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.

Bài 4: Hệ thức nào KHÔNG phù hợp với định luật Sác-lơ?

A. small psim T B. C. $small frac{p}{T}=const$ D. $small frac{p_{1}}{T_{1}}=frac{p_{2}}{T_{2}}$

Lời giải: Chọn đáp án: B.
Theo Định luật Sác-lơ: Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối ().

Công thức định luật Sác-lơ: $small frac{p_{1}}{T_{1}}=frac{p_{2}}{T_{2}}$ hay $small frac{p}{T}=const$

Bài 5: Trong hệ tọa độ (p, T), đường biểu diễn nào là đường đẳng tích?

A. Đường hypebol

B. Đường thẳng kéo dài qua gốc tọa độ

C. Đường thẳng không đi qua gốc tọa độ

D. Đường thẳng cắt trục p tại điểm p = p_o

Lời giải: Theo định luật Sác-lơ, $p=\text{const}\cdot T$ .

Đây là phương trình của một đường thẳng đi qua gốc tọa độ.

Đáp án đúng: B. Đường thẳng kéo dài qua gốc tọa độ.

Bài 6: Hệ thức nào sau đây PHÙ HỢP với định luật Sác-lơ?

A. small psim t B. $small frac{p_{1}}{T_{1}}=frac{p_{3}}{T_{3}}$ C. $small frac{p}{t}=const$ D. $small frac{p_{1}}{p_{2}}=frac{T_{2}}{T_{1}}$

Lời giải: Đáp án đúng:B. $small frac{p_{1}}{T_{1}}=frac{p_{3}}{T_{3}}$

Bài 7: Một bình chứa một lượng khí ở nhiệt độ $3 0^{\circ} C$ và áp suất 2 bar. Hỏi phải tăng nhiệt độ lên bao nhiêu để áp suất tăng gấp đôi?

Lời giải:
- Trạng thái 1:
  - $T_1=30+273=303\text{K}$
  - $p_1=2\text{bar}$
- Trạng thái 2:
  - $p_2=2p_1=4\text{bar}$
- Áp dụng công thức đẳng tích:
  
  $\frac{p_1}{T_1}=\frac{p_2}{T_2}\Rightarrow T_2=T_1\cdot\frac{p_2}{p_1}=303\cdot\frac{4}{2}=606\text{K}$
- Nhiệt độ cuối cùng là $t_2=606-273=333^\circ C.$

Bài 8: Một chiếc lốp ô tô chứa không khí có áp suất 5 bar và nhiệt độ $2 5^{\circ} C$ . Khi xe chạy nhanh, lốp xe nóng lên làm nhiệt độ tăng lên $5 0^{\circ} C$ . Tính áp suất của không khí trong lốp xe lúc này.

Lời giải:
- Trạng thái 1:
  - $T_1=25+273=298\text{K}$
  - $p_1=5\text{bar}$
- Trạng thái 2:
  - $T_2=50+273=323\text{K}$
- Áp dụng công thức đẳng tích:
  
  $\frac{p_1}{T_1}=\frac{p_2}{T_2}\Rightarrow p_2=p_1\cdot\frac{T_2}{T_1}=5\cdot\frac{323}{298}\approx 5,42\text{bar}$
- Đổi sang Pascal: $$p_2\approx 5,42\cdot 10^5\text{Pa}$.$

Qua bài viết này, các em đã nắm vững các kiến thức quan trọng về quá trình đẳng tích và Định luật Sác-lơ. Hãy luôn nhớ rằng, trong quá trình đẳng tích, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Nắm vững công thức đẳng tích và cách chuyển đổi nhiệt độ là chìa khóa để giải quyết các bài toán liên quan.

• Xem thêm:

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

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