Bài giảng Vật lí 10 - Bài: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng

Nội dung text: Bài giảng Vật lí 10 - Bài: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng

1. VẬT LÝ 10 CB
2. Nhiệt độ tuyệt đối là gì? Nhiệt độ Celsius ( 0C) Nhiệt độ Kelvin ( K ) Là nhiệt độ bách phân (t) Là nhiệt độ tuyệt đối (T) ( Có t0 C < 0 ) ( Bắt đầu từ 0 độ K ) Cứ mỗi độ chia trong nhiệt giai Kelvin bằng mỗi độ trong nhiệt giai Celsius. T(K) = t(0C) + 273 4
3. I. KHÍ THỰC VÀ KHÍ LÍ TƯỞNG -Khí thực là chất khí tồn - Khí lí tưởng là chất khí tại trong thực tế (oxi,nitơ, trong đó các phân tử được cacbonic ) coi là các chất điểm và chỉ - chỉ tuân theo gần đúng tương tác khi va chạm các định luật Bôi-lơ Ma- - tuân theo đúng các định ri-ốt và Sác-lơ. luật Bôi-lơ Ma-ri-ốt và - Ở điều kiện nhiệt độ áp Sác-lơ. suất thông thường có thể coi gần đúng khí thực là khí lí tưởng khi không yêu cầu độ chính xác cao.
4. NhúngNhúng quả bóng quả bóng bàn bàn bẹp bị bẹpvào vào nước nóng, nướcquả nóng bóng thì phồng nó sẽ như lên thế như nào? cũ. 1 2 p ,V ,T p1 ,V1 ,T1 2 2 2
5. II. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG p V p V 1 1 1= 2 2 (1) 2 TT12 p1,T1, V1 p2,T2, V2 pV = hằng số (2) T Độ lớn của hằng số phụ thuộc vào khối lượng khí . Phương trình trạng thái của khí lí tưởng (hay phương trình Cla – pê - rôn)
6. III. QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH 1. Khái niệm:Quá trình biến đổi trạng thái khí khi thể tích không đổi là quá trình đẳng tích. 2. Định luật Sác-lơ: Trạng thái 1 (p1,V,T1) V = const Trạng thái 2 (p2,V,T2) p V p V - Từ phương trình trạng thái 12= TT12 pp12 p - Khi V1= V2 thì : = = = const TTT12
7. a. Định luật: Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. p b. Biểu thức: = const hay p T T pp Hay : 12= 9 TT12
8. 3. ĐƯỜNG ĐẲNG TÍCH p ❖Kết luận: V1 V1 < V2 Đường đẳng tích là đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo nhiệt độ tuyệt V2 đối khi thể tích không đổi. T(K) ❖Đặc điểm: 0 ➢ Là đường thẳng kéo dài đi qua gốc tọa độ. ➢Ứng với các thể tích khác nhau của cùng một lượng khí thì ta có những đường đẳng tích khác nhau. ➢ Đường đẳng tích ở trên ứng với thể tích nhỏ hơn đường đẳng tích ở dưới. Bạn hãy chứng minh đặc điểm thứ 3 vừa nêu? ( V1 < V2 ) 10
9. p p1 V1 p2 V2 T(K) T1= T2 Theo hình vẽ ta có: T1 = T2 .Theo định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt p1 p2 p1V1 = p2V2 = . Mà p1 > p2 suy ra V1 < V2 (đpcm). V2 V1 11
10. IV. QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP 1. Quá trình đẳng áp -Quá trình biến đổi trạng thái khi áp suất không đổi gọi là quá trình đẳng áp. p = const Trạng thái 1 (p,V1,T1) Trạng thái 2 (p,V2,T2) 2. Liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp pV pV - Từ phương trình trạng thái 12= TT12 V V V - Vì áp suất không đổi: 1 = 2 = = const T1 T2 T => Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Định luật Gay-luy-xác
11. III. QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP 3. Đường đẳng áp: Đường biểu diễn sự biến V thiên của thể tích theo nhiệt p < p độ khí áp suất không đổi 1 2 gọi là đường đẳng áp. p - Đặc điểm: 2 + Đường thẳng có đường kéo dài đi qua gốc tọa độ trong hệ tọa độ (V,T) O + Đường ở trên ứng với áp suất T( k) nhỏ hơn đường ở dưới
12. IV. “ĐỘ KHÔNG TUYỆT ĐỐI” - Ý nghĩa : Khi T = 0 K => p = 0 và V = 0. Điều đó thực tế chỉ có thể gần đạt được mà thôi. Vì nếu đạt được thì vật chất ngừng hoạt động, nghĩa là trái với quy luật vận động của vật chất. - Nhiệt giai Ken-vin: Nhiệt giai bắt đầu bằng nhiệt độ 0 K gọi là “độ không tuyệt đối”. Các nhiệt độ trong nhiệt giai của Ken-vin đều có giá trị dương và mỗi độ chia trong nhiệt giai này cũng bằng mỗi độ chia trong nhiệt giai Xen-xi-út (Celsius). Không thể đạt tới 0 K và 0 K được gọi là độ không tuyệt đối.
13. Hệ thống kiến thức Xét m khí không đổi p1V1 p2V2 = T1 T2 V1 =V2 p1 = p2 T1 =T2 p1 T1 V1 V2 p1V1 = p2V2 = = p2 T2 T1 T2
14. p V Đường p đẳng V T T nhiệt O O O Đường p p V đẳng tích V T T O O O p p V Đường đẳng V T T áp O O O
15. - Khi chế tạo bóng đèn (đèn sợi đốt) người ta phải nạp đầy khí trơ ở áp suất thấp. - Lốp xe bơm căng không nên để ngoài trời nắng. Đèn sợi đốt - Nồi áp suất luôn phải có van an toàn.
16. LUYỆN TẬP Câu 1: Hệ thức nào sau đây phù hợp với định luật Sác – lơ? pp12 p T A. = B. 1 = 2 TT 12 p2 T1 C. p ~ t. D. p/t = hằng số.
17. LUYỆN TẬP Câu 2: Trong hệ trục tọa độ (p,T),đường biểu diễn nào sau đây là đường đẳng tích? C p B A. Đường hypebol B. Đường thẳng kéo dài đi qua gốc tọa độ p0 C. Đường thẳng không đi qua gốc tọa độ D A T(K) D. Đường thẳng cắt trục P tại điểm p = p0. 0 19
18. LUYỆN TẬP Câu 3. Trong quá trình đẳng tích của lượng khí xác định, nếu nhiệt độ tuyệt đối tăng 2 lần thì áp suất của lượng khí sẽ A. giảm 2 lần. B. tăng 2 lần. C. tăng 4 lần. D. không đổi.
19. LUYỆN TẬP Câu 4. Quá trình nào sau đây có liên quan tới định luật Saclơ? A. Qủa bóng bị bẹp nhúng vào nước nóng, phồng lên như cũ. B. Thổi không khí vào một quả bóng bay. C. Đun nóng khí trong một xilanh hở. D. Đun nóng khí trong một xilanh kín.
20. LUYỆN TẬP Câu 5. Trong các hệ thức sau đây, hệ thức nào không phù hợp với định luật Charles? A. p ~ T B. p ~ t C . P = hằng số T p p D. 1 = 2 T1 T2
21. LUYỆN TẬP Câu 5: Hãy nêu tên các đẳng quá trình trong đồ thị? Giải thích và viết các biểu thức tương ứng? (1) p (4) • (1) -> (2)? (3) • (2) -> (3)? • (3) -> (4)? (2) 0 V • (1) -> (2): QT đẳng nhiệt (p1V1 = p2V2) • (2) -> (3): QT đẳng tích (p2/T2 = p3/T3) • (3) -> (4): QT đẳng nhiệt (p3V3 = p4V4)
22. VẬN DỤNG BÀI 1: Một bình thép chứa khí ở 270C dưới áp suất 6.105 Pa. Làm lạnh bình tới nhiệt độ - 730 C thì áp suất của khí trong bình là bao nhiêu? Tóm tắt: Trạng thái 1: t1 = 270C -> T1 = 273+27 = 300K 5 p1 =6 .10 Pa 0 Trạng thái 2: t2 = -73 C -> T1 = 273-73 = 200K p2 =? Hướng dẫn giải: 5 p1 p 2 T 2. p 1 200.6.10 5 = p2 = = = 4.10 Pa TTT1 2 1 300
23. VẬN DỤNG Bài 2: Một chiếc lốp ôtô chứa không khí có áp suất 5 bar và nhiệt độ 250C. Khi xe chạy nhanh, lốp xe nóng lên làm cho nhiệt độ không khí trong lốp xe tăng lên tới 500C. Tính áp suất của không khí trong lốp xe lúc này. Trạng thái 1 Trạng thái 2 0 Giải: 0 t1 = 25 C; p1 = 5 bar t2 = 50 C thì p2 = ? Ta coi thể tích của lốp xe là không đổi nên ta có thể áp dụng ĐL Sác-lơ. p p p T 5.323 1 2 1 2 bar = p2 = = = 5,419 5,42 T1 T2 T1 298 25
24. VẬN DỤNG Bài 3: Một lượng khí đựng trong một xi-lanh có pit-tông chuyển động được. Lúc đầu khí có thể tích 15 lít, nhiệt độ 270C và áp suất 2atm. Khi pit-tông nén khí đến thể tích 12 lít thì áp suất khí tăng lên tới 4atm. Nhiệt độ trong pit-tông lúc này là bao nhiêu? Tóm tắt Giải Trạng thái 1 Trạng thái 2 Áp dụng phương trình trạng p = 2atm thái khí lí tưởng, ta có: 1 p2 = 4atm V1 = 15 lít p V p V pV V2 = 12 lít 1 1 2 2 22 = =TT21 T = 273 + 27 = 300 K 1 T2 = ? TT12 pV11 4.12 =T 300 = 480(K) 2 2.15
25. VẬN DỤNG Bài 4: Ở nhiệt độ 273 0C, thể tích của một lượng khí là 10 lít. Tính thể tích của lượng khí đó ở 546 0C khi áp suất không đổi ? Tóm tắt: Giải Trạng thái 1: 0 Vì áp suất không đổi, ta có: t1 = 273 C ->T = 546K VV12 VT 1 = =V 12 TT 2 V1 = 10 lít 12 T1 Trạng thái 2: t = 5460C 10.819 2 Vl2 = =15( ) ->T2 = 819K 546 V2 = ?
26. VẬN DỤNG Bài 5: Trong phòng thí nghiệm, người ta điều chế được 40 cm3 khí hidro ở áp suất 750 mmHg và nhiệt độ 270C. Tính thể tích của lượng khí trên ở điều kiện chuẩn (áp suất 760 mmHg và nhiệt độ 00C ). Trạng thái 1 Trạng thái 2 p = 760 mmHg p1= 750 mmHg 2 3 V = ? V1= 40 cm 2 0 t = 00C => T = 0+273=273 K t1=27 C =>T1=27+273=300 K 2 2 Áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng p .V p .V 1 1 = 2 2 T1 T2 pVT1 1 2 750 40 273 3 V2 == 36( cm ) pT21 760 300