BÀI 9: ĐỊNH LUẬT BOYLE

KHỞI ĐỘNG

Khi thay đổi thể tích của một khối lượng khí xác định ở nhiệt độ không đổi thì áp suất khí thay đổi như thế nào?

Giải nhanh:

Khi thay đổi thể tích của một khối lượng khí xác định ở nhiệt độ không đổi thì áp suất khí gây ra bởi khí tỉ lệ nghịch với thể tích của nó nghĩa là  khi thể tích tăng thì áp suất khí sẽ giảm và ngược lại.

I. CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MỘT LƯỢNG KHÍ

Câu hỏi 1:Các thông số trạng thái của một lượng khí đều là đại lượng có thể đo hoặc xác định được bằng các dụng cụ đo lường.

1. Người ta dùng các dụng cụ nào để đo, xác định các thông số trạng thái của lượng khí trong hộp kín ở Hình 9.1?

2. Nêu tên đơn vị của các đại lượng này trong hệ SI.

Giải nhanh:

1. Người ta dùng các dụng cụ là: áp kế, nhiệt kế, xi lanh.

Áp kế: dùng để đo áp suất khí trong hộp kín.

Nhiệt kế: Dùng để đo nhiệt độ khí trong hộp kín.

Xi lanh: Dùng để đo thể tích khí trong hộp kín.

2. Đại lượng :

- Áp suất (P), đơn vị pascal (Pa)

- Nhiệt độ (T), đơn vị Kelvin (K)

- Thể tích (V), đơn vị mét khối (m³)

Câu hỏi 2: Hãy so sánh các thông số trạng thái của không khí trong một quả bóng bay đã được bơm khí để trong bóng mát và khi để ngoài nắng (Hình 9.3).

Giải nhanh:

II. ĐỊNH LUẬT BOYLE

Hoạt động 1: Chuẩn bị: Bộ thí nghiệm về chất khí

- Xi lanh trong suốt có độ chia nhỏ nhất 0,5 cm³ (1).

- Pit-tông có ống nối khí trong xi lanh với áp kế (2).

- Áp kế có độ chia nhỏ nhất 0,05.10⁵ Pa (3).

- Giá đỡ thí nghiệm (4).

- Thước đo (5)

Tiến hành:

- Bố trí thí nghiệm như Hình 9.4.

- Dịch chuyển từ từ pit-tông để làm thay đổi thể tích khí.

- Đọc và ghi kết quả thí nghiệm vào vở tương tự mẫu ở Bảng 9.1

Từ kết quả thí nghiệm ở Bảng 9.1, thực hiện các yêu cầu sau:

1. Xác định giá trị của tích pV tron mỗi lần thí nghiệm.

2. Vẽ đường biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất p vào thể tích V trong hệ toạ độ (p,V).

3. Phát biểu mỗi quan hệ giữa p và V trong quá trình đẳng nhiệt. 

Giải nhanh:

1. Lần thí nghiệm 1: p₁V₁ = 3,0.1,0 = 3,0

Lần thí nghiệm 2: p₂V₂ = 2,5.1,2 = 3,0

Lần thí nghiệm 3: p₃V₃ = 2,0.1,5 = 3,0

Lần thí nghiệm 4: p₄V₄ = 1,5.1,9=2,85

2. Đường biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất p vào thể tích V trong hệ toạ độ 

(p, V)

3. Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, tích của áp suất và thể tích luôn không đổi.

Câu hỏi 1: Nếu vẽ đường biểu diễn sự phụ thuộc của p vào thì đường biểu diễn sẽ có dạng như thế nào? Tại sao?

Giải nhanh:

Đường biểu diễn sẽ có dạng đường thẳng. Vì p và có mối quan hệ tỉ lệ thuận: Khi p tăng thì tăng và ngược lại. 

Câu hỏi 2: Tìm ví dụ về quá trình đẳng nhiệt trong đời sống.

Giải nhanh:

Ví dụ về nấu ăn bằng nồi áp suất: nồi áp suất được thiết kế kín. Khi nấu ăn, nhiệt độ trong nồi tăng cao, khiến áp suất khí bên trong cũng tăng. Tuy nhiên, do van an toàn của nồi sẽ tự động mở khi áp suất vượt quá mức cho phép nên nhiệt độ trong nồi được giữ ổn định ở mức nhất định. Chính vì vậy quá trình nấu ăn diễn ra nhanh hơn so với nấu bằng nồi thông thường.

Bài tập vận dụng

Câu hỏi 1: Một quả bóng chứa 0,04 m³ không khí ở áp suất 120 kPa. Tính áp suất của không khí trong bóng khi làm giảm thể tích bóng còn 0,025 m³ ở nhiệt độ không đổi.

Giải nhanh:

V₁ = 0,04 m³ , P₁ = 120 kPa , V₂ = 0,025 m³ ,P₂ = ? , nhiệt độ không đổi\

Ta áp dụng công thức:

P₁V₁ = P₂V₂

Câu hỏi 2: Một bọt khí nổi từ đáy giếng sau 6 m lên mặt  nước. Khi lên tới mặt nước, thể tích của bọt khí tăng lên bao nhiêu lần? Coi áp suất khí quyển là 1,013.10⁵ Pa; khối lượng riêng của nước giếng là 1003 kg/m³  và nhiệt độ của nước giếng không thay đổi theo độ sâu.

Giải nhanh:

Khi bột khí ở đáy giếng: P₁, V₁

Áp suất tác dụng lên bọt khí gồm áp suất khí quyển và áp suất do cột nước:

Pa

Khi bọt khí nổi lên mặt nước: P₂ , V₂

Áp dụng công thức: 

P₁V₁ = P₂V₂

Khi lên tới mặt nước, thể tích của bọt khí tăng 1,59 lần

Em có thể: Dùng định luật Boyle giải thích được các hiện tượng thực tế đơn giản có liên quan.

Giải nhanh:

Ví dụ như chúng ta lặn xuống biển

Khi lặn xuống biển, áp suất nước tăng lên theo độ sâu. Theo định luậ Boyle thì thể tích khi trong cơ thể người lặn giảm, nếu lặn quá sâu thì sự giảm thể tích khí có thể gây ra các vấn đề sức khoẻ như tổn thương phổi,…