Đáp án Vật lí 12 kết nối Bài 10: Định luật Charles

BÀI 10: ĐỊNH LUẬT CHARLES

KHỞI ĐỘNG

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?

Hướng dẫn chi tiết:

Khi giữ nguyên áp suất của một khối lượng khí xác định thì thể tích của khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó.

Khi nhiệt độ của khí tăng thì thể tích của khí sẽ tăng.

Khi nhiệt độ của khí giảm thì thể tích của khí giảm.

Ví dụ: Bơm xe đạp: khi ta bơm khí vào lốp xe, nhiệt độ của khí bên trong lốp xe sẽ tăng do ma sát.

I. ĐỊNH LUẬT CHARLES

Hoạt động 1: Hãy giải thích cách vẽ đồ thị của hàm: trong Hình 10.1a

Hướng dẫn chi tiết:

Giải thích cách vẽ đồ thị của hàm như sau:

- 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 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 , hệ số càng lớn thì độ dốc càng lớn và ngược lại.

Hoạt động 2: Hãy chứng tỏ rằng nếu đổi 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 Kelvin: = hằng số

Hướng dẫn chi tiết:

Ta có: t = T - 273  (1)

Thay (1) vào hệ thức ta được:

Trong đó:

+ V₀ là thể tích khí ở nhiệt độ 0℃

+ là hằng số nên T thay đổi thì V cũng sẽ thay đổi. 

Hệ số của T là (1+) >0 nên V tỉ lệ thuận với T ( điều phải chứng minh)

Câu hỏi 1: 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.

Hướng dẫn chi tiết:

Hình ảnh: Hai đường đẳng áp của của cùng một lượng khí ứng với hai áp suất p₁ và p₂.

Kẻ một đường vuông góc với trục hoành, cắt p₁ và p₂ tại hai điểm và . Từ đồ thị ta xét hai trạng thái của cùng lượng khí và với cùng một nhiệt độ T thì ta thấy V₁>V₂. Theo thuyết động học phân tử chất khí, với cùng một lượng khí xác định, ở cùng nhiệt độ, thì áp suất gây ra bởi khí tỉ lệ nghịch với thể tích của nó nên p₂>p₁.

Vậy p₂>p₁

Câu hỏi 2: Hãy tìm ví dụ về ứng dụng định luật Charles trong đời sống.

Hướng dẫn chi tiết:

Ví dụ: Quả bóng bay.

- Khi ta đem bóng bay ra ngoài trời nắng, nhiệt độ của khí bên trong bóng bay sẽ tăng do hấp thụ nhiệt từ ánh nắng mặt trời.

- Theo định luật Charles, khi nhiệt độ khí tăng thì thế tích khí sẽ tăng.

- Do vậy, quả bóng bay sẽ phình to ra dưới tác động của nhiệt độ.

II. THÍ NGHIỆM MINH HOẠ ĐỊNH LUẬT CHARLES.

Hoạt động: Chuẩn bị:

- Xi lanh thuỷ tinh dung tích 50 mL, có độ chia nhỏ nhất 1 mL (1).

- Nhiệt kế điện tử (2).

- Ba cốc thuỷ 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 thể 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 thái của khí trong phòng thí nghiệm trên là quá trình đẳng áp?

Hướng dẫn chi tiết: