Vật lý lớp 10: Lí thuyết 7 các định luật thực nghiệm của chất khí

BÀI GIẢNG: CÁC ĐỊNH LUẬT THỰC NGHIỆM CỦA CHẤT KHÍ CHUN ĐỀ: CHẤT KHÍ MƠN: VẬT LÍ LỚP 10 THẦY GIÁO: PHẠM QUỐC TOẢN – GV TUYENSINH247.COM I KIẾN THỨC CƠ BẢN  Định luật BơilơMariơt Q trình đẳng nhiệt : q trình biến đổi trạng thái nhiệt độ giữ không đổi Định luật : Ở nhiệt độ khơng đổi tích áp suất p thể tích V lượng khí xác định số p pV = số t  t1 Đường đẳng nhiệt Đồ thị biểu diễn biến thiên p theo V nhiệt độ không đổi đường t1 O hipebol V  Định luật Saclơ Nhiệt độ tuyệt đối Q trình đẳng tích : q trình biến đổi trạng thái thể tích giữ khơng đổi Định luật : Với lượng khí tích khơng đổi áp suất p phụ thuộc vào nhiệt độ t chất khí sau : p  p0 (1  t)  có giá trị chất khí, nhiệt độ 273  gọi hệ số tăng đẳng tích Nếu gọi T số đo nhiệt độ nhiệt giai Ken-vin, cịn t số đo nhiệt độ nhiệt giai Xen-xi-út thì: T = t +273 p Đường đẳng tích V1 Đường biểu diễn biến thiên áp suất theo nhiệt độ thể tích khơng đổi gọi đường đẳng tích  Định luật Gay luyxăc V1  V2 V2 273o C O t oC Quá trình đẳng áp : trình biến đổi trạng thái áp suất giữ khơng đổi Định luật : Thể tích V lượng khí có áp suất khơng đổi tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối khí V  const T V p1 Đường đẳng áp: Đồ thị biểu diễn biến thiên V theo T áp suất không đổi gọi đường đẳng áp p2  p1 273o C O p2 t oC Truy cập trang http://Tuyensinh247.com/ để học Tốn – Lý – Hóa – Sinh – Văn – Anh – Sử - Địa – GDCD tốt nhất!  Phương trình trạng thái khí lí tưởng pV  h»ng sè T Hằng số phía bên phải, kí hiệu C phụ thuộc vào lượng khí ta xét  Phương trình Clapeyron – Mendeleev: pV RT  m RT Trong đó: R =8,31J/mol.K số khí  II BÀI TẬP VÍ DỤ Bài 1: Một lớp tơ chứa khơng khí có áp suất 5at nhiệt độ 250C Khi xe chạy nhanh lốp xe tăng lên tới 500C Tính áp suất khơng khí lốp xe lúc Hướng dẫn giải: - Ta có: T1 = 25 + 273 = 298K; T2 = 50 + 273 = 323K Vì thể tích khí lốp xe không đổi Áp dụng định luật Sac – Lơ: Thay số: p1 = 5at, T2 = 323K, T1 = 298 K; p2 = p1 p2 pT   p2  T1 T2 T1 5.323  5,42 (at) 298 Bài 2: Tính khối lượng riêng khơng khí đỉnh núi Phan Xi Pang cao 3140m Biết lên cao thêm 10m áp suất giảm 1mmHg Nhiệt độ đỉnh núi 20C Khối lượng riêng khơng khí điều kiện chuẩn (áp suất 760 mmHg, nhiệt độ 00C) 1,29 (kg/m3) Hướng dẫn giải: Áp dụng phương trình trạng thái: h p1V1 p2V2 ; P1 = p0  10 T1 T2 m m p0 m m m m p1V1 p0V0 pT 0 1 =    0  ; 1   1  0 =0,75 (kg/m3)    T0 T1 T0 V V0 V1 V T1 p0T1 p1 Bài 3: Một hố sâu 15m đáy hồ nhiệt độ nước 70C cịn mặt hồ 220C Áp suất khí atm Một bọt khơng khí tích mm3 nâng từ đáy hồ lên Ở sát mặt nước, thể tích khơng khí cho biết khối lượng riêng nước  = 1000 kg/m3 gia tốc trọng trường g = 9,8 (m/s2) Hướng dẫn giải: Khi bọt khí đáy hồ trọng lượng riêng khí nhỏ trọng lượng riêng nước nên bọt khí nâng dần lên Lực tác dụng lên bọt khí giảm (do chiều cao cột nước giảm) dẫn đến áp suất giảm, bọt khí to dần đồng thời nhiệt độ tăng lên (t2 > t1) Truy cập trang http://Tuyensinh247.com/ để học Toán – Lý – Hóa – Sinh – Văn – Anh – Sử - Địa – GDCD tốt nhất! Áp dụng phương trình trạng thái: p1V1 p2V2 ; p1 = pKQ + ρgh  T1 T2 p1V1 p2V2 p V T (p  gh).V1T2   V2  1  KQ  2.6109 m3  2.6mm3 T1 T2 p2 T1 p2T1 Bài 4: Một mol khí lý tưởng thực chu trình - - - V dm3 (hình vẽ) Biết T1 = T2 = 400K, T3 = T4 = 200K, V1 = 40 dm3, V3 = 10 dm3 Xác định p1, p2, p3, p4 40 Hướng dẫn giải Các trình – 1, – đẳng áp V tỉ lệ với T Các trình 10 – 2, – đẳng nhiệt v ì T1 = 2T4 , T2 = 2T3, nên theo định luật O Gayluy- xác: 200 400 T(0K) V1 V4 V T V   V4    20dm3 T1 T4 T1 V2 V3 V T   V2   20dm3 T2 T3 T3 - Ta có: p1V1 = p2V2; p3V3 = p4V4 , p1 = p4; p2 = p3 - Giải hệ phương trình ta được: p1 = p4 = 0.83.105 Pa, p2 = p3 = 1,66.105 Pa Bài 5: Hai bình giống nối với ống nằm ngang có tiết diện 20 mm2 Ở 00C ống có giọt thuỷ ngân ngăn khơng khí hai bên Thể tích bình V0 = 200 cm3 Nếu nhiệt độ bình t0C bình -t0C giọt thuỷ ngân dịch chuyển 10 cm Xác định nhiệt độ t Hướng dẫn giải: Gọi V1 thể tích bình có nhiệt độ T1 = 273 + t; V2 thể tích bình có nhiệt độ T2 = 273 – t Giọt thuỷ ngân đứng yên, áp suất hai bình Hai bình chứa khối lượng khí, áp dụng định Gay-luy-xác: V1 V2 V1  V2 2V0 V VT      V1  T1 T2 T1  T2 273  t  273  t 273 273 V1  V0  V  V0 ( t T1 T 273 V t 200t  1)  ( )V0    Sd  0,2.10  273 273 273 273 2.273  2,730 C 200 III BÀI TẬP LUYỆN TẬP Truy cập trang http://Tuyensinh247.com/ để học Toán – Lý – Hóa – Sinh – Văn – Anh – Sử - Địa – GDCD tốt nhất! Bài 1: Một lượng khí khơng đổi, áp suất biến đổi 2.105 Pa thể tích biến đổi 3l Nếu áp suất biến đổi 5.105 Pa thể tích biến đổi 5l Tính áp suất thể tích ban đầu Biết nhiệt độ khơng đổi ĐS: V = 9l; P1 = 105 Pa Bài 2: Bơm khơng khí áp suất P = 1at vào bóng bang cao su, lần nén pittơng đẩy V1 125cm3 Nếu nén 40 lần áp suất khí bóng bao nhiêu? Biết dung tích bóng lúc V = 2,5lít Cho trước bơm bóng khơng có khơng khí bơm nhiệt độ ĐS: nP1V1  PV  P  2atm không đổi Bài 3: Một bóng đèn dây tóc chứa khí trơ 27oC áp suất 0,6atm Khi đèn cháy sáng áp suất đèn 1atm khơng làm vỡ bóng đèn.Tính nhiệt độ khí đèn cháy sáng? ĐS: 227oC Bài 4: Một bánh xe dược bơm vào lúc sáng sớm nhiệt độ khơng khí xung quanh 7oC Hỏi áp suất khí ruột bánh xe tăng thêm phần trăm vào trưa, lúc nhiệt độ lên đến 35oC Coi thể tích xăm khơng thay đổi ĐS: 10,75% Bài 5: Có 0,4g khí Hidrơ nhiệt độ 27oC, áp suất 10 Pa, biến đổi trạng thái P qua hai giai đoạn: nén đẳng nhiệt đến áp suất tăng gấp đơi, sau cho dãn nở đẳng II III áp trở thể tích ban đầu a Xác định thông số (p,V,T) chưa biết trạng thái I V O b Vẽ đồ thị mơ tả q trình biến đổi khối khí hệ trục (Op,OV) ĐS: I( P1  105 Pa,T1  300K, V1  4,986.10 3m ); II( P2  2.105 Pa,T2  300K, V2  2, 493.103 m3 ); III( P3  105 Pa, T3  600K, V3  4,986.103 m3 ) Bài 6: Một khối khí lý tưởng tích 100 cm3, nhiệt độ 177oC, áp suất 1atm, P biến đổi qua trình sau: III II - Từ trạng thái đầu, khối khí biến đổi đẳng tích sang trạng thái có áp I suất tăng gâp lần O V -Từ trạng thái biến đổi đẳng nhiệt, thể tích sau 50cm a Tìm thơng số trạng thái chưa biết cüa khối khí b Vẽ đồ thị biểu diễn trình biến đổi hệ tọa độ (pOV) ĐS: I ( P1  1, 013.105 Pa, T1  450K, V1  102 m3 ); II ( P2  2, 026.105 Pa, T2  900K, V2  102 m3 ) Truy cập trang http://Tuyensinh247.com/ để học Tốn – Lý – Hóa – Sinh – Văn – Anh – Sử - Địa – GDCD tốt nhất! III ( P1  4, 052.105 Pa, T3  900K, V3  5.103 m3 ) Bài 7: Chât khí xy lanh động nhiệt có áp suât 2atm nhiệt độ 1270C a Khi thể tích khơng đổi, nhiệt độ giảm cịn 270C áp suất xy lanh bao nhiêu? b Khi nhiệt độ xy lanh không thay đổi, muốn tăng áp suất lên 8atm thể tích thay đổi nào? c Nếu nén, thể tích khí giảm lần Áp suất tăng lên 3atm nhiệt độ lúc bao nhiêu? ĐS: a 1,5atm; b giảm lần; c 270C Bài 8: Trong xy lanh động đốt hỗn hợp khí áp suất 1atm, nhiệt độ 470C tích 40dm3 Tính nhiệt độ khí sau nén? Biết thể tích sau nén 5dm3, áp suất 15atm ĐS: 3270C Bài 9: Pittông máy nén, sau lần nén đưa lít khí nhiệt độ 270C áp suất atm vào bình chứa khí tích 2m3 Tính nhiệt độ khí bình pittơng thực dược 1000 lần nén Biết áp suất lúc 2,1 atm ĐS: 420C Bài 10: Áp suất khí xy lanh động vào cuối kỳ nén bao nhiêu? Biết trình nén, nhiệt độ tăng từ 500C đến 2500C; thể tích giảm từ 0,75 lít đến 0,12 lít Áp suất ban đầu 8.104 N/m2 ĐS: 80,96 104 N/m2 Bài 11: Một lượng khí áp suât 1atm, nhiệt độ 270C chiếm thể tích lít Biến đổi đẳng tích tới nhiệt độ 3270C, sau đó, biến đổi đẳng áp lượng khí này, biết nhiệt độ trình đ ẳng áp tăng 1200C Tìm áp suất thể tích khí sau biến đổi ĐS: 2atm; lít m Bài 12: Một áp kế hình trụ, có tiết diện S = 10cm có dạng (hv) Lị xo có độ cứng K = 100N/m Píttong có khối lượng 2,5kg Bên chứa 0,02g khí H2 áp suất khí Bỏ qua ma sát Lấy g = 10m/s K Đặt thẳng đướng, lò xo bị nén 2cm, nhiệt độ 270C Tính chiều dài tự nhiên lị xo? ĐS: Kl  PS  P0S  mg  P  1, 243.105 Pa PV  RT  V  24,93.105 m3  l  V / S  24,93cm  l0  l  l  26,93cm Bài 13: Một bình thép có dung tích 30 lít chứa khí Hiđrơ áp suất 5Mpa nhiệt độ 270C Dùng bình bơm sang bình sắt, sau bơm hai bình có áp suất 3MPa, nhiệt độ 150C a Tính thể tích bình sắt b Tính khối lượng khí Hiđrơ bình sắt Biết  H  g / mol c Muốn áp suất bình sắt 3,5MPa bình sắt phải có nhiệt độ ? ĐS : 18l ; 45g ; 63oC Truy cập trang http://Tuyensinh247.com/ để học Toán – Lý – Hóa – Sinh – Văn – Anh – Sử - Địa – GDCD tốt nhất! Bài 14: Trước nén hỗn hợp khí xylanh có nhiệt độ 470C Sau nén áp suất tăng lần, thể tích giảm lần Hỏi nhiệt độ sau nén 0C? ĐS : 367oC Bài 15: Có 0,5g khí Oxy nhiệt độ 250C đun nóng đẳng tích để áp suất tăng gấp đơi Tính a Nhiệt độ khí sau đun b Nhiệt lượng truyền cho khí, biết nhiệt dung riêng đẳng tích Oxy 0,913J/g.K ĐS : 596K ; 136J Bài 16: Áp suất khí trơ bóng đèn tăng lần đèn sáng Biết nhiệt độ đèn sáng 3500C, đèn tắt 250C ĐS : 2,1 lần Bài 17: Bơm khơng khí có áp suất 1atm vào bóng da, lần bơm ta đưa 125cm3 khơng khí vào bóng Sau bơm 12 lần áp suất bóng ? Biết Vbóng 2,54 lít, trước bơm bóng chứa khơng khí áp suất 1atm, coi nhiệt độ khơng khí khơng đổi ĐS : 1,6atm Bài 18: Có 6,5g khí Hiđrơ nhiệt độ 70C đun nóng đẳng áp để thể tích tăng gấp đơi Tính : a Nhiệt độ khí sau đun b Nhiệt lượng truyền cho khí, biết nhiệt dung riêng đẳng áp Hiđrô 14,3kJ/kg.K ĐS : 3270C ; 27,9kJ Bài 19: Một chất khí có khối lượng 2g nhiệt độ 270C, áp suất 0,6.105Pa thể tích 2,6lít Hỏi khí khí ? Biết đơn chất Cho R = 8,31J/mol.K ĐS : Oxi Bài 20: 12g khí chiếm thể tích 4lít 70C sau đun nóng đẳng áp khối lượng riêng khí 1,2g/l Tìm nhiệt độ khí sau đun ĐS : 4270C Truy cập trang http://Tuyensinh247.com/ để học Toán – Lý – Hóa – Sinh – Văn – Anh – Sử - Địa – GDCD tốt nhất! ... tích 2,6lít Hỏi khí khí ? Biết đơn chất Cho R = 8,31J/mol.K ĐS : Oxi Bài 20: 12g khí chiếm thể tích 4lít 70 C sau đun nóng đẳng áp khối lượng riêng khí 1,2g/l Tìm nhiệt độ khí sau đun ĐS : 4 270 C Truy...  V0 ( t T1 T  273 V t 200t  1)  ( )V0    Sd  0,2.10  273 273 273 273 2. 273  2 ,73 0 C 200 III BÀI TẬP LUYỆN TẬP Truy cập trang http://Tuyensinh2 47. com/ để học Toán – Lý – Hóa – Sinh –... sau lần nén đưa lít khí nhiệt độ 270 C áp suất atm vào bình chứa khí tích 2m3 Tính nhiệt độ khí bình pittơng thực dược 1000 lần nén Biết áp suất lúc 2,1 atm ĐS: 420C Bài 10: Áp suất khí xy lanh động