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?

Giải rút gọn: 

Thể tích của khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó khi giữ nguyên áp suất của một khối khí xác định.

I. ĐỊNH LUẬT CHARLES

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

Giải rút gọn:

 Chọn 2 điểm bất kì trên đồ thị: (0,V₀) ; (t₁, V₁)

Chọn 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).

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

Giải rút gọn:

t = T - 273 

Thay vào hệ thức: 

Ta có: 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.

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.

Giải rút gọn:

Kẻ một đường vuông góc với trục hoành, cắt p₁ và p₂ tại hai điểm và .

Xét hai trạng thái của cùng lượng khí và với cùng một nhiệt độ T thì ta thấy V₁>V₂ p₂>p₁

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

Giải rút gọn:

Ví dụ: Bình cứu hoả, nấu ăn trong nồi áp suất, bơm xe đạp. Các ví dụ đều ứng dụng từ định luật Charles trong đời sống.

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?

Giải rút gọn:

- Tính T,

Lần thí nghiệm 1:

Lần thí nghiệm 2:

Lần thí nghiệm 3:

Lần thí nghiệm 4:

- Đồ thị biểu diễn mối quan hệ V,T

1. Kết quả thu được phù hợp với định luật Charles.

2. Coi quá trình biến đổi trạng thái của khí trong phòng thí nghiệm trên là quá trình đẳng áp vì áp suất qua các lần thí nghiệm gần như không đổi nên được coi là quá trình đẳng áp.

III. BÀI TẬP

Bài tập vận dụng

Câu hỏi 1: Thể tích của một lượng khí xác định tăng thêm 10% khi nhiệt độ của khí được tăng tới 47℃. Xác định nhiệt độ ban đầu của lượng khí, biết quá trình trên là đẳng áp.

Giải rút gọn

Ta có: V₂ = V₁ +10%V₁ = 1,1 V₁ , T₂ = 47℃ = 320 K

Nhiệt độ ban đầu của lượng khí là:

K = 17,91℃

Câu hỏi 2: Một khối lượng khí 12g có thể tích 4 lít ở nhiệt độ 7℃. Sau khi được đun nóng đẳng áp thì khối lượng riêng của khí là 1,2g/ lít. Xác định nhiệt độ của khí sau khi được đun nóng.

Giải rút gọn:

Thể tích sau khi được đun nóng là: lít

Theo định luật Charles, với áp suất không đổi, ta có:

K = 427℃

IV. CÁC ĐỊNH LUẬT BOYLE VÀ CHARLES LÀ CÁC ĐỊNH LUẬT GẦN ĐÚNG.

 Em có thể: Dùng định luật Charles giải thích các hiện tượng thực tế có liên quan.

Giải rút gọn:

Ví dụ: bóng bay co lại khi trời lạnh. 

Khi trời lạnh, nhiệt độ môi trường giảm. Theo định luật Charles thì khi nhiệt độ giảm, thể tích khí cũng giảm. Vì vật khiến bóng bay cũng co lại.