Khởi động (trang 41) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 10: Khi giữ nguyên áp suất của một khối lượng khí xác định thì thể tích của khí phụ thuộc như thế nào vào nhiệt độ của nó?
- Khi giữ nguyên áp suất của một khối lượng khí xác định, thể tích của khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó.
I. Định luật Charles
Hoạt động 1 (trang 41) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 10: Hãy giải thích cách vẽ đồ thị của hàm: V = Vo(1+αt) trong Hình 10.1a
Trả lời:
- Nhìn vào độ thị ta chọn 2 điểm bắt kì: (0,V0) ; (t1, V1)
- Chọn một giá trị t1 bất kì thay vào công thức V = Vo(1+αt) để tính V1.
- Nối hai điểm (0,V0) ; (t1, V1) bằng đường thẳng, ta được đường biểu diễn là đoạn thẳng đi qua hai điểm (0,V0) ; (t1, V1).
- Đường thẳng đi lên vì nhiệt độ tăng nên thể tích cũng tăng.
- Độ dốc của đường thẳng phụ thuộc vào hệ số nở nhiệt V = Vo(1+αt), hệ số càng lớn thì độ dốc càng lớn và ngược lại.
Hoạt động 2 (trang 41) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 10: Hãy chứng tỏ rằng nếu đối nhiệt độ Celcius t trong hệ thức (10.2) sang nhiệt độ Kelvin T tương ứng thì sẽ được một hệ thức mới chứng tỏ thể tích V của chất khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ kevin: = hằng số.
Trả lời:
V = V₀(1 + αt) = V₀(1 + α(T - 273,15)) = V₀(1 + αT - 273,15α)
Ta có: V₀ và α là hằng số.
Khi T thay đổi, V cũng thay đổi theo.
Hệ số của T là 1 + α > 0.
Do đó, V tỉ lệ thuận với T.
Câu hỏi 1 (trang 42) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 10: Ứng với các áp suất khác nhau của cùng một lượng khí, ta có những đường đẳng áp khác nhau. Hình 10.2 vẽ hai đường đẳng áp của cùng một lượng khí ứng với hai áp suất p1 và p2. Hãy so sánh p1 và p2.
Trả lời:
⇒ Dựa vào đồ thị đã vẽ ở trên, giải thích bằng cách dùng khái niệm áp suất, khi cùng một thể tích, nhiệt độ T2 > T1 nên các phân tử khí va chạm ở nhiệt độ cao lớn hơn, gây ra áp suất lớn hơn do đó p2 > p1.
Câu hỏi 2 (trang 42) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 10: Hãy tìm ví dụ về ứng dụng định luật Charles trong đời sống.
Trả lời:
Ví dụ: Bình cứu hoả
Bình cứu hoả chứa khí CO2 ở áp suất cao. Khi sử dụng, van bình cứu hoả được mở, khí CO2 thoát ra ngoài, làm giảm áp suất. Theo định luật Charles, khi áp suất giảm, nhiệt độ của khí cũng giảm. Nhờ vậy, khí CO2 có thể làm giảm nhiệt độ của đám cháy, giúp dập tắt lửa hiệu quả.
II. Thí nghiệm minh hoạ định luật Charles
Hoạt động (trang 42) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 10:
Chuẩn bị:
- Xi lanh thủy tinh dung tích 50 mL, có độ chia nhỏ nhất 1 mL (1).
- Nhiệt kế điện tử (2).
- Ba cốc thủỷ tinh (3), (4), (5).
- Nút cao su để bịt đầu ra của xi lanh.
- Giá đỡ thí nghiệm (6).
- Nước đá, nước ấm, nước nóng.
- Dầu bôi trơn.
- Tiến hành:
+ Bước 1: Cho một chút dầu bôi trơn vào pit-tông để pit-tông dễ dàng di chuyển trong xi lanh. Điều chỉnh pit-tông ở mức 30 mL, bịt đầu ra của xi lanh bằng nút cao su.
+ Bước 2: Ghi giá trị nhiệt độ phòng và thể tích không khí trong xi lanh vào vở tương tự như Bảng 10.1.
+ Bước 3: Đổ nước đá vào cốc (3).
+ Bước 4: Nhúng xi lanh và nhiệt kế vào cốc. Sau khoảng thời gian 3 phút, ghi giá trị thế tích V của không khí trong xi lanh và nhiệt độ t vào bảng số liệu.
+ Bước 5: Lần lượt đổ nước ấm vào cốc (4) và nước nóng vào cốc (5). Thực hiện tương tự bước 4 ở mỗi trường hợp.
Từ kết quả thí nghiệm, thực hiện các yêu cầu sau:
- Tính T,
- Từ số liệu thu được, vẽ đồ thị mối quan hệ V, T.
1. Kết quả thí nghiệm thu được có phù hợp với định luật Charles không?
2. Giải thích tại sao có thể coi quá trình biến đổi trạng thải của khí trong thí nghiệm trên là quá trình đẳng áp?
Trả lời:
* Bảng kết quả thí nghiệm minh hoạ định luật Charles:
1. Kết quả tỉ số thu được ở các lần thí nghiệm gần bằng nhau, nên kết quả thí nghiệm thu được có thể coi là phù hợp với định luật Charles.
2. Vì đồ thị V – T thu được gần như là 1 đường thẳng nên có thể coi quá trình biến đổi trạng thái của khí trong thí nghiệm trên là quá trình đẳng áp.
III. Bài tập
Bài tập 1 (trang 44) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 10: Thể tích của một lượng khí xác định tăng thêm 10% khi nhiệt độ của khí được tăng tới 47 °C. Xác định nhiệt độ ban đầu của lượng khí, biết quá trình trên là đẳng áp.
Lời giải:
Bài tập 2 (trang 44) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 10: Một khối lượng khí 12 g có thể tích 4 lít ở nhiệt độ 7 °C. Sau khi được đun nóng đẳng áp thì khối lượng riêng của khí là 1,2 g/lít. Xác định nhiệt độ của khí sau khi được đun nóng.
Lời giải: