Lý thuyết và bài tập phương trình trạng thái khí lý tưởng đầy đủ chi tiết nhất

Huỳnh Sơn Tháng Một 29, 2022

Phương trình trạng thái khí lý tưởng là một trong những nội dung quan trọng trong chương trình Vật lý THPT nói chung và Vật lý 10 nói riêng, nội dung này cũng thường xuất hiện trong các đề thi THPT các năm. Biết được điều đó, hôm nay HocThatGioi sẽ gửi đến các bạn bài viết Lý thuyết và bài tập phương trình trạng thái khí lý tưởng đầy đủ chi tiết nhất để bạn đọc có thể nắm vững kiến thức này nhé! Khám phá ngay thôi!

*Lý thuyết và bài tập phương trình trạng thái khí lý tưởng đầy đủ chi tiết nhất*

I. Lý thuyết phương trình trạng thái khí lý tưởng

1. Khí thực và khí lí tưởng

Khí lí tưởng tuân theo đúng các định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt và Sác-lơ, còn khí thực chỉ tuân theo gần đúng các định luật này.
Khi không yêu cầu độ chính xác cao, ta có thể áp dụng các định luật về chất khí lí tưởng để tính áp suất, thể tích và nhiệt độ của khí thực.
Sự khác biệt giữa khí thực và khí lí tưởng không lớn ở nhiệt độ và áp suất thông thường

Lý thuyết và bài tập phương trình trạng thái khí lý tưởng đầy đủ chi tiết nhất 7

2. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng

Xét một lượng khí chuyển từ trạng thái 1 $(p_1, V_1, T_1)$ sang trạng thái 2 $(p_2, V_2, T_2)$ qua trạng thái trung gian 1’ ( $p ’, V_2, T_1$ )

Lý thuyết và bài tập phương trình trạng thái khí lý tưởng đầy đủ chi tiết nhất 8

Từ trạng thái 1 ⇒ trạng thái 1’: Quá trình đẳng nhiệt

Ta có: $p_1V_1=p 'V_2 \Longrightarrow p '=\frac{p_1V_1}{V_2}$ (1)

Từ trạng thái 1’ ⇒ trạng thái 2: Quá trình đẳng tích

Ta có: $\frac{p '}{T_1}=\frac{p_2 '}{T_2}$ (2)

Từ (1) và (2) ta được: $\frac{p_1V_1}{V_2T_1}=\frac{p_2}{T_2}$

$\Longrightarrow \frac{p_1V_1}{T_1}=\frac{p_2V_2}{T_2} \Longrightarrow \frac{pV}{T}$ = hẳng số (3)

(3) được gọi là phương trình trạng thái khí lí tưởng

3. Quá trình đẳng áp

3.1 Quá trình đẳng áp

Quá trình biến đổi trạng thái khi áp suất không đổi gọi là quá trình đẳng áp.

3.2 Liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp

Từ phương trình trạng thái: $\frac{p_1V_1}{T_1}=\frac{p_2V_2}{T_2}$ nếu $p_1=p_2$ nghĩa là áp suất không đổi, ta có:

$\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2} \rightarrow \frac{V}{T}$ = hằng số

Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.

3.3 Đường đẳng áp

Đường biểu diễn sự biến thiên của thể tích theo nhiệt độ khi áp suất không đổi gọi là đường đẳng áp

Dạng đường đẳng áp:

Lý thuyết và bài tập phương trình trạng thái khí lý tưởng đầy đủ chi tiết nhất 9

Đường đẳng áp là đường thẳng kéo dài đi qua gốc tọa độ trong hệ tọa độ (V,T)

4. Độ không tuyệt đối

Nếu giảm nhiệt độ tới 0K thì p = 0 và V = 0. Hơn nữa ở nhiệt độ dưới 0K, áp suất và thể tích sẽ có giá trị âm. Đó là điều không thể thực hiện được.

Do đó, Ken-vin đã đưa ra một nhiệt giai bắt đầu bằng nhiệt độ 0K 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).

Chính xác thì độ không tuyệt đối thấp hơn −273^oC một chút (vào khoảng −273,15^oC). Nhiệt độ thấp nhất mà con người thực hiện được trong phòng thí nghiệm hiện nay là $10^{-9}$ K.

=> Xem thêm Lý thuyết kèm bài tập quá trình đẳng tích và định luật Sác-lơ đầy đủ chi tiết nhất

II. Bài tập SGK phương trình trạng thái khí lý tưởng

Bài 1 trang 165

Khí lí tưởng là gì?

Hướng dẫn giải:
Khí lí tưởng là chất khí mà các phân tử khí được coi là các chất điểm và các phân tử chỉ tương tác nhau khi va chạm.

Bài 2 trang 165

Lập phương trình trạng thái của khí lí tưởng.

Hướng dẫn giải:

Lý thuyết và bài tập phương trình trạng thái khí lý tưởng đầy đủ chi tiết nhất 10

Bài 3 trang 165

Viết hệ thức của sự nở đẳng áp của chất khí.

Hướng dẫn giải:
Hệ thức của sự nở đẳng áp của chất khí:

\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}

hay

\frac{V}{T}

= hằng số

Bài 4 trang 165

Hãy ghép các quá trình ghi bên trái với các phương trình tương ứng ghi bên phải.
1. Quá trình đẳng nhiệt
2. Quá trình đẳng tích
3. Quá trình đẳng áp
4. Quá trình bất kì
a.

\frac{p_1}{T_1}=\frac{p_2}{T_2}

\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}

p_1V_1=p_2V_2

\frac{p_1V_1}{T_1}=\frac{p_2V_2}{T_2}

Hướng dẫn giải:
1 – c
2 – a
3 – b
4 – d

Bài 5 trang 166

Trong hệ tọa độ (V, T), đường biểu diễn nào sau đây là đường đẳng áp?

a. Đường thẳng song song với trục hoành
b. Đường thẳng song song với trục tung
c. Đường hypebol
d. Đường thẳng kéo dài đi qua gốc tọa độ.

Bài 6 trang 166

Mối liên hệ giữa áp suất thể tích, nhiệt độ của một lượng khí trong quá trình nào sau đây không được xác định bằng phương trình trạng thái của khí lí tưởng?

a. Nung nóng một lượng khí trong một bình đậy kín
b. Nung nóng một lượng khí trong một bình không đậy kín
c. Nung nóng một lượng khí trong một xilanh kín có pit-tông làm khí nóng lên, nở ra, đẩy pit-tông di chuyển
d. Dùng tay bóp lõm quả bóng bàn.

Bài 8 trang 166

Trong phòng thí nghiệm, người ta điều chế được 40

cm^3

khí hidro ở áp suất 750 mmHg và nhiệt độ 27 (độ C). Tính thể tích của lượng khí trên ở điều kiện chuẩn (áp suất 760 mmHg và nhiệt độ 0 độ C)

Hướng dẫn giải:

Lý thuyết và bài tập phương trình trạng thái khí lý tưởng đầy đủ chi tiết nhất 11

Bài 8 trang 166

Tính khối lượng riêng của không khí ở đỉnh núi Phăng-xi-păng cao 3 140 m. Biết rằng mỗi khi lên cao thêm 10 m thì áp suất khí quyển giảm 1 mmHg và nhiệt độ trên đỉnh núi là 20C. Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện chuẩn (áp suất 760 mmHg và nhiệt độ 0 D(độ C) là 1,29 kg/

m^3

Hướng dẫn giải:

Lý thuyết và bài tập phương trình trạng thái khí lý tưởng đầy đủ chi tiết nhất 12

Như vậy, bài viết về Lý thuyết và bài tập phương trình trạng thái khí lý tưởng đầy đủ chi tiết nhất của HocThatGioi đến đây đã hết. Qua bài viết, hy vọng sẽ giúp các bạn tiếp thu được kiến thức bổ ích. Đừng quên Like và Share để HocThatGioi ngày càng phát triển nhé. Cuối cùng, cảm ơn tất cả các bạn đã theo dõi hết bài viết và chúc các bạn học tốt.