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 rút gọn:

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 hoặc có thể hiểu 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 rút gọn:

1. Dụng cụ để đo là: áp kế, nhiệt kế, xi lanh.

Áp kế: đo áp suất khí trong hộp kín.

Nhiệt kế: đo nhiệt độ khí trong hộp kín.

Xi lanh: 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 rút gọn:

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 rút gọn:

1. 

Lần đo 1: p₁V₁ = 3,0.1,0 = 3,0

Lần đo 2: p₂V₂ = 2,5.1,2 = 3,0

Lần đo 3: p₃V₃ = 2,0.1,5 = 3,0

Lần đo 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. Phát biểu:

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 rút gọn: 

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 rút gọn:

Ví dụ: nấu ăn bằng nồi áp suất.

Khi nấu, nhiệt độ trong nồi tăng cao, áp suất khí bên trong cũng tăng. Nhưng 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.

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 rút gọn:

Áp suất của không khí trong bóng là:

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 rút gọn:

Khi bột khí ở đáy giếng: P₁, V₁ , khi bọt khí nổi lên mặt nước: P₂ , V₂

Áp suất tác dụng lên bọt khí là:

Pa

Khi lên tới mặt nước, thể tích của bọt khí là:

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 rút gọn:

Ví dụ: Khi con người lặn xuống biển

Khi lặn xuống biển, áp suất nước tăng lên theo độ sâu. Theo định luật 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,…