Giải SGK Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 7: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng - Giải SGK Vật lí 12 - Chân trời sáng tạo

Hoạt động Mở đầu (trang 48) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 7: Hình 7.1 cho thấy một người đang bơm xe đạp, mỗi động tác đẩy pit-tông xuống ứng với một lượng không khí đang được đưa vào trong săm xe. Trong quá trình bơm, tất cả các thông số trạng thái: thể tích, áp suất, nhiệt độ và cả lượng không khí trong săm xe thay đổi. Sự thay đổi của các thông số này tuân theo quy luật nào?

Trả lời:

- Tuân theo phương trình trạng thái khí lý tưởng.

2. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng

Câu hỏi 1 (trang 49) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 7: Quan sát Hình 7.2, thảo luận và thực hiện các nhiệm vụ sau:

a) Khối khí biến đổi trạng thái (1) → (1') theo quá trình nào? Viết biểu thức liên hệ giữa p₁, V₁ và p₂, V’.

b) Khối khí biến đổi trạng thái (1') → (2) theo quá trình nào? Viết biểu thức liên hệ giữa V’, T₁ và V₂, T₂.

c) Từ hai biểu thức ở câu a và b, thiết lập mối liên hệ giữa p₁, V₁, T₁ và p₂, V₂, T₂.

Trả lời:

a) Khối khí biến đổi trạng thái (1) → (1') theo quá trình đẳng nhiệt. $p_{1} V_{1} = p_{2} V'$ (1)

b) Khối khí biến đổi trạng thái (1') → (2) theo quá trình đẳng áp.

$\frac{V^{'}}{T_{1}}=\frac{V_{2}}{T_{2}}(2)$

c) Từ (1) và (2): $\frac{V^{'}}{T_{1}}=\frac{V_{2}}{T_{2}}\Rightarrow \frac{\frac{p_{1}V_{1}}{p_{2}}}{T_{1}}=\frac{V_{2}}{T_{2}}\Rightarrow \frac{p_{1}V_{1}}{T_{1}}=\frac{p_{2}V_{2}}{T_{2}}$

Câu hỏi 2 (trang 49) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 7: Kết quả câu thảo luận 1 có thay đổi không nếu cho khối khí biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 thông qua trạng thái trung gian 1’’ theo trình tự: biến đổi đẳng áp, sau đó biến đổi đẳng nhiệt.

Trả lời:

Từ (1) → (1’’) là quá trình đẳng áp (p1 = p’’) → $\frac{V_{1}}{T_{1}}=\frac{V"}{T"}$

Từ (1’’) → (2) là quá trình đẳng nhiệt (T’’ = T₂) → p₁V’’ = p₂V₂

Từ 2 biểu thức trên → $\frac{p_{1}V_{1}}{T_{1}}=\frac{p_{2}V_{2}}{T_{2}}$

Vậy, kết quả câu thảo luận 1 không thay đổi

3. Vận dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng

Câu hỏi 3 (trang 50) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 7: Áp dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng, thiết lập mối liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối của khí trong quá trình đẳng tích. Vẽ phác đồ thị đường đẳng tích trong hệ toạ độ V- T.

Trả lời:

- Từ phương trình trạng thái, quá trình đẳng tích có: $\frac{p_{1}}{T_{1}}=\frac{p_{2}}{T_{2}}$

Đồ thị đường đẳng tích trong hệ toạ độ V - T.

Luyện tập (trang 50) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 7: Một chiếc lốp ô tô chứa không khí có áp suất tiêu chuẩn do nhà sản xuất công bố là 2,3 bar ứng với nhiệt độ 25 °C (1 bar = 105 Pa). Khi xe chạy nhanh, lốp xe nóng lên làm cho nhiệt độ không khí trong lốp tăng lên tới 50 °C. Tính áp suất của không khí trong lốp xe lúc này.

(Coi gần đúng thể tích của lốp xe không đổi trong suốt quá trình nóng lên)

Lời giải:

$\frac{p_{1}V_{1}}{T_{1}}=\frac{p_{2}V_{2}}{T_{2}}\Rightarrow \frac{p_{1}}{T_{1}}=\frac{p_{2}}{T_{2}}\Rightarrow p_{2}=5,43bar$

Vận dụng (trang 51) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 7: Hình 7.4 là hình ảnh một bình xịt côn trùng. Vì sao người ta đưa ra khuyến cáo "Không được ném bình vào lửa ngay cả khi đã dùng hết"?

Lời giải:

- Người ta đưa ra khuyến cáo "Không được ném bình vào lửa ngay cả khi đã dùng hết" vì khi ném vào lửa, nhiệt độ tăng lên đột ngột, thể tích bình chứa khí không đổi, làm áp bình tăng lên rất cao, dẫn đến bị nổ bình và gây nguy hiểm cho người đứng gần đó.

Bài tập

Bài tập 1 (trang 52) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 7: Người ta nén 10 lít khí ở nhiệt độ 27^oC, áp suất 1 atm để thể tích của khí chỉ còn 4 lít. Vì nén nhanh nên khí bị nóng lên đến 60^oC. Áp suất khối khí sau khi nén là:

A. 2,78 atm

B. 2,25 atm

C. 5,56 atm

D. 1,13 atm

Đáp án: A. 2,78 atm

Giải thích:

Áp dụng phương trình trạng thái:

$\frac{p_{1} V_{1}}{T_{1}} = \frac{p_{2} V_{2}}{T_{2}} \Rightarrow \frac{1.10}{27 + 273} = \frac{p_{2} .4}{60 + 273} \Rightarrow p_{2} = 2, 775 a t m$

Bài tập 2 (trang 52) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 7: Sử dụng một cái bơm đế bơm không khí vào quả bóng đá có bán kính khi bơm căng là 11 cm. Mỗi lần bơm đưa được 0,32 lít khí ở điều kiện 1 atm vào bóng. Giả thiết rằng quả bóng trước khi bơm không có không khí và nhiệt độ không đổi trong quá trình bơm. Hỏi sau 35 lần bơm thì áp suất khí trong bóng là bao nhiêu?

Lời giải:

V = 35 . V = 35 . 3,2 . 10^-4 = 1,12 . 10^-2 m³

p₁V₁ = p₂V₂ ⇒ p₂ = $\frac{p_{1}V_{1}}{V_{2}}=\frac{1.3,2.10^{-4}}{1,12.10^{-2}}=0,286atm$

Bài tập 3 (trang 52) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 7: Giác hơi là một kĩ thuật chữa bệnh trong đông y để điều trị các bệnh do nguyên nhân hàn (lạnh) gây ra như: đau bụng, lưng, vai, gáy, cổ, ... Trong giác hơi khô (Hình 7P.1), không khí bên trong những chiếc cốc thuỷ tinh được đốt nóng bằng que lửa, sau đó úp nhanh cốc lên vùng đau của người bệnh.

Theo quan điểm của đông y, giác hơi giúp thải các độc tố tích tụ dưới lỗ chân lông ra khỏi cơ thể. Giải thích tại sao vùng da bên trong các cốc lại bị lồi lên, từ đó có thể giải phóng các độc tố khỏi cơ thể, làm người bệnh giảm đau và đỡ mỏi hơn.

Lời giải:

- Không khí bên trong cốc ban đầu được hơ nóng, sau khi úp lên da được một khoảng thời gian thì nhiệt độ khí trong cốc giảm dần, thể tích khí giảm dần, khối khí co lại kéo phần da lồi lên.