Trong một thí nghiệm nhà vật lý học Jacques Alexandre César Charles người Pháp đã tìm ra được sự liên hệ giữa sự biến đổi nhiệt độ và áp suất trong quá trình biến đổi trạng thái của một lượng khí xác định có thể tích không đổi, định luật đó sau này được gọi là Định luật Charles.

Định luật Charles

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

 hằng số

Đường đẳng tích

Đường biểu diễn sự biến thiên áp suất dựa theo nhiệt độ khi thể tích không thay đổi gọi là đường đẳng tích. Trong hệ tọa độ (p,T) đường đẳng tích chính là đường kéo dài và đi qua gốc tọa độ.

Ứng với các thể tích khác nhau của cùng một khối lượng khí là những đường đẳng tích khác nhau. Đường phía trên thể hiện thể tích nhỏ hơn.

Nhiệt độ tuyệt đối

Nhiệt độ khi được đo trong thang nhiệt giai Kelvin sẽ được gọi là nhiệt độ tuyệt đối.

Hệ thức chuyển đổi giữa độ C và độ K là: Độ K = Độ C + 273 hay T=t + 273

Ứng dụng của định luật Charles

Định luật Charles được ứng dụng trong việc làm khinh khí cầu. Giải thích rằng khi đốt cháy phân tử không khí trong khí cầu, phân tử chuyển động nhanh hơn và phân tán trong không gian đó, khí trong bóng chiếm nhiều không gian hơn, làm cho nó không dày đặc như không khí bên ngoài. Khi đó không khí trong khí cầu sẽ bay lên trên vì giảm mật độ dày đặc giữa các phân tử, từ đó làm cho khí cầu bay lên được.

Bài tập vận dụng

Dạng bài tập quá trình đẳng tích, định luật Charles thay đổi nhiệt độ, áp suất

Nhiệt độ (áp suất) tăng thêm một lượng:

T= T+ phần tăng thêm

P= p+ phần tăng thêm

Nhiệt độ (áp suất) giảm đi một lượng:

T= T- phần tăng thêm

P= p- phần tăng thêm

  • Nhiệt độ (áp suất) giảm đi n lần:

T

P=  

Nhiệt độ (áp suất) tăng lên n lần:

T2=nT1

P2=np1

Bài tập áp dụng Định luật Charles

Câu 1: Xét một quá trình đẳng tích của một lượng khí lí tưởng nhiệt độ.

  1. Áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.
  2. Độ biến thiên của áp suất tỉ lệ thuận với độ biến thiên của nhiệt độ bách phân.
  3. Áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ bách phân.

Câu 2: Nếu nhiệt độ của một bóng đèn khi tắt là 25oC, khí sáng là 323oC, thì áp suất của khí trơ trong bóng đèn tăng lên là bao nhiêu lần?

  1. 10,8 lần.
  2.   2 lần.
  3. 1,5 lần.
  4. 12,92 lần.

Câu 3: Một chiếc lốp ô tô chứa không khí ở 25oC. Khi xe chạy nhanh, lốp xe nóng lên, áp suất khí trong lốp tăng lên tới 1,084 lần. Lúc này, nhiệt độ trong lốp xe bằng bao nhiêu?

  1. 50oC.
  2. 27oC.
  3. 23oC.
  4. 30oC.

Câu 4: Khi đun nóng một bình kín chứa khí để nhiệt độ tăng 1oC thì áp suất khí tăng thêm 1/360 áp suất ban đầu. Nhiệt độ ban đầu của khí là

  1. 73oC.
  2. 37oC.
  3.   87oC.
  4. 78oC.

Câu 5: Một bình thép chứa khí ở nhiệt độ 27oC và áp suất 40 atm. Nếu tăng áp suất thêm 10 atm thì nhiệt độ của khí trong bình là

  1. 102oC.
  2. 375oC.
  3. 34oC.
  4. 402oC.

Câu 6: Một nồi áp suất chứa không khí ở 23oC có áp suất bằng áp suất của không khí bên ngoài (1 atm). Biết rằng van bảo hiểm của nồi sẽ mở khi áp suất bên trong cao hơn áp suất bên ngoài 1,2 atm. Nếu nồi được đun nóng tới 160oC thì không khí trong nồi đã thoát ra chưa? Áp suất không khí trong nồi bằng bao nhiêu?

  1. Chưa; 1,46 atm.
  2. Rồi; 6,95 atm.
  3. Chưa; 0,69 atm.
  4. Rồi; 1,46 atm.

Bài 7: Cho biết áp suất khí trơ trong bóng đèn tăng bao nhiêu lần khi đèn sáng nếu nhiệt độ đèn khi tắt là 25°C, khi sáng là 323°C

  1. 2 lần
  2. lần
  3. 4 lần
  4. lần

Bài 8. Một bóng đèn dây tóc có chứa khí trơ 27°C và dưới áp suất 0,6atm. Khi đèn cháy sáng thì áp suất trong đèn là 1atm và bóng đèn không vỡ. Tính nhiệt độ khí trong đèn khi đèn cháy sáng?

ĐS: 227°C.

Bài 9. Một bánh xe được bơm vào sáng khi đó nhiệt độ không khí xung quanh là 7°C. Hỏi áp suất khí trong ruột bánh xe tăng thêm bao nhiêu phần trăm vào trưa khi nhiệt độ đạt 35°C. Coi thể tích xăm không thay đổi.

ĐS: 10 %.

Bài 10: Một săm xe máy bơm căng lên, không khí ở nhiệt độ 20°C và áp suất 2atm. Khi nhiệt độ ngoài trời lên 42°C, áp suất khí trong săm sẽ bằng bao nhiêu? Coi thể tích không đổi.

ĐS: 2,15 atm

Bài 11: Biết thể tích khối lượng khí không thay đổi. Chất khí nhiệt độ 200C sẽ đạt áp suất p1. Đun nóng chất khí bao nhiêu độ để để áp suất sẽ tăng lên 3 lần ?

ĐS: 8790K

Bài 12: Một bình thép chứa khí ở 27°C dưới áp suất 6,3.105Pa. Làm lạnh bình khí tới nhiệt độ -73°C thì áp suất khí trong bình là bao nhiêu?

ĐS: 4,2.105Pa

Bài 13: Khi đung nóng đẳng tích một khối khí thêm 1°C thì áp suất tăng thêm 1/360 áp suất ban đầu. tính nhiệt độ ban đầu của khí?

ĐS: 87°C

Bài 14: Một bình dung tích 22 lít chứa 0,5 gam khí CO2. Bình chỉ chịu một áp suất không vượt qua 21 atm. Hỏi có thể đưa nhiệt độ bình cao nhất là bao nhiêu để bình không nổ?

ĐS: 79 °C

Bài 15: Đun nóng đẳng tích một lượng khí lên 25°C thì áp suất tăng thêm 12,5% so với áp suất ban đầu. Tìm nhiệt độ ban đầu của khối khí.

ĐS: 200 K

Bài 16: Một bình thép chứa khí ở 7°C dưới áp suất 4 atm. Nhiệt độ khí trong bình bao nhiêu độ khi áp suất khí tăng thêm 0,5atm.

ĐS: 315 K

Bài 17: Nhiệt độ khí trong bình kín đạt bao nhiêu độ C, biết nếu áp suất tăng 2 lần nhiệt độ trong bình tăng thêm 313K, với thể tích không đổi.

ĐS: 40° C

Bài 18: Áp suất của khí trơ của bóng đèn tăng 1,5 lần khi đèn cháy sáng so với tắt và nhiệt độ đèn lúc tắt đạt 27°C. Vậy khi đèn khi cháy sáng thì nhiệt độ đạt bao nhiêu?

ĐS: 177° C

Với những định nghĩa và công thức trên đây mong rằng các em sẽ hiểu rõ hơn về định luật Charles. Qua đó áp dụng  thành thạo và tính toán nhanh các dạng bài tập trong bài học định luật Charles này.

Chủ đề liên quan