Giải SGK Vật lí 12 CTST Bài 6. Định luật Boyle. Định luật Charles có đáp án

Thí nghiệm khảo sát quá trình đẳng nhiệt

* Mục đích: Khảo sát mối liên hệ giữa thể tích và áp suất của một khối lượng khí xác định khi nhiệt độ được giữ không đổi.

* Dụng cụ:

- Xilanh (1) chứa khí có các vạch chia độ giúp xác định thể tích. Thể tích của lượng khí trong xilanh có thể thay đổi bằng cách di chuyển pit-tông (2).

- Áp kế (3) được gắn sẵn để đo áp suất của khí trong xilanh.

- Trụ thép (4), đế ba chân (5).

* Tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Bố trí thí nghiệm như Hình 6.2.

Bước 2: Mở nút cao su ở đáy xilanh để lấy khí, điều chỉnh để đáy pit-tông ngang vạch số 2 trên xilanh (tương ứng với 20 mL không khí), sau đó lắp chặt nút cao su lại.

Bước 3: Dùng tay ấn từ tử pit-tông xuống đến vạch tương ứng với 15 mL (đoạn dịch chuyển tương ứng với hai khoảng nhỏ trên xilanh), đọc số chỉ trên áp kế, ghi số liệu theo mẫu Bảng 6.1.

Bước 4: Lần lượt điều chỉnh pit-tông đến vạch 20 mL; 25 mL; 30 mL; 35 mL và lặp lại thao tác như bước 3, ghi số liệu theo mẫu Bảng 6.1.

Lưu ý:

- Trong thí nghiệm này, 1 đơn vị thể tích trên xilanh là 10 mL khí.

- Sai số của phép đo áp suất được lấy là $\frac{1}{2}$ độ chia nhỏ nhất của áp kế, tức là 0,025.10$^{5}$ Pa.

* Báo cáo kết quả thí nghiệm

- Ghi lại giá trị thể tích và áp suất khí sau mỗi lần đo theo mẫu Bảng 6.1.

- Tính giá trị biểu thức dự đoán trong các lần đo.

- Nhận xét về mối liên hệ giữa áp suất p và thể tích V trong quá trình đẳng nhiệt.

Từ Hình 6.4, chứng minh rằng T$_{2}$ > T$_{1}$.

Dựa vào định luật Boyle, giải thích tại sao có thể rút thuốc (thể lỏng) từ trong lọ thuốc vào xilanh của ống tiêm khi nhân viên y tế kéo pit-tông như Hình 6.1.

* Mục đích: Khảo sát mối liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ của một khối lượng khí xác định khi áp suất được giữ không đổi.

* Dụng cụ:

- Xilanh chứa khí có gắn với áp kế (1).

- Nhiệt kế (2).

- Ca nhựa trong (3).

- Chậu nhựa trong (4).

- Que khuấy (5).

- Ống nhựa mềm để hút nước (6).

- Trụ thép (7), đế ba chân (8).

- Kẹp đa năng và khớp nối đa năng (9).

- Ấm đun nước (10).

- Nước đá đang tan.

* Tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Mở nút cao su ở đáy xilanh để lấy khí. Điều chỉnh để đáy pit-tông ngang vạch số 2 trên xilanh và giá trị của áp suất là 1,1.10$^{5}$ Pa, sau đó lắp chặt nút cao su lại.

Bước 2: Bố trí thí nghiệm như Hình 6.5.

Bước 3: Đổ nước nóng (khoảng 90 $^{0}$C) vào ca nhựa sao cho ngập phần khí trong xilanh. Dùng que khuấy khuấy nhẹ nhàng (khoảng 30 giây) để nhiệt độ của nước ổn định (số chỉ nhiệt kế gần như không đổi).

Kéo pit-tông lên từ từ để số chỉ áp kế về giá trị ban đầu (1,1.10$^{5}$ Pa). Đọc giá trị nhiệt độ và thể tích khi đó, ghi số liệu theo mẫu Bảng 6.2.

Bước 4: Đổ từ từ nước đá đang tan vào ca nhựa, quan sát số chỉ trên nhiệt kế giảm khoảng 15 đến 20 °C. Dùng que khuấy khuấy nhẹ nhàng để nhiệt độ ổn định.

Nén pit-tông từ từ để số chỉ áp kế về giá trị ban đầu (1,1.10$^{5}$ Pa). Đọc giá trị nhiệt độ và thể tích khi đó, ghi số liệu theo mẫu Bảng 6.2.

Bước 5: Lặp lại bước 4 ứng với các giá trị nhiệt độ của nước trong ca lần lượt khoảng: 50 °C; 30 °C; 10 °C.

Lưu ý: Sử dụng ống nhựa mềm để hút bớt nước trong ca nhựa, tránh làm nước bị tràn ra ngoài khi thay đổi nhiệt độ.

* Báo cáo kết quả thí nghiệm

- Từ bảng số liệu, vẽ đồ thị V theo T trong hệ trục toạ độ V - T.

- Nhận xét dạng đồ thị, từ đó rút ra nhận xét về mối liên hệ giữa V và T trong quá trình biến đổi đẳng áp.

Tiến hành thí nghiệm theo các bước hướng dẫn, thu thập số liệu T, V trong các lần đo. Từ đó:

- Vẽ đồ thị V theo T trong hệ trục toạ độ V - T, nhận xét dạng đồ thị.

- Rút ra mới liên hệ giữa V và T trong quá trình biến đổi đẳng áp.

Dựa vào thuyết động học phân tử chất khí, hãy giải thích vì sao đường đẳng áp p$_{2}$ lại ở trên đường đẳng áp p$_{1}$ trong Hình 6.7.

Hình nào dưới đây mô tả quá trình đẳng áp của một khối lượng khí xác định?

Một mô hình áp kế khí (Hình 6P.1) gồm một bình cầu thuỷ tinh có thể tích 270 cm$^{3}$ gắn với một ống nhỏ AB nằm ngang có tiết diện 0,1 cm$^{2}$. Trong ống có một giọt thuỷ ngân. Ở 0 $^{o}$C giọt thuỷ ngân cách A 30 cm. Tính khoảng di chuyển của giọt thuỷ ngân khi hơ nóng bình cầu đến 10 °C. Coi thể tích bình là không đổi.