Để khảo sát mối liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ của một lượng khí xác định, một nhóm học sinh tiến hành thí nghiệm bố trí như hình bên. Đối tượng khảo sát là một quả cầu kim loại chứa không
23/28
Để khảo sát mối liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ của một lượng khí xác định, một nhóm học sinh tiến hành thí nghiệm bố trí như hình bên.
Đối tượng khảo sát là một quả cầu kim loại chứa không khí, được nhúng ngập hoàn toàn trong bình chứa nước. Quả cầu khí được nối với một khí áp kế để đo áp suất, đồng thời có gắn một van có thể đóng - mở nhằm kết nối hoặc cô lập khí trong quả cầu với khí quyển bên ngoài. Nhiệt độ của hệ được theo dõi bằng nhiệt kế. Trong suốt quá trình thí nghiệm, bỏ qua sự co giãn không đáng kể của bình khí. Ban đầu, mở van để khí trong bình cân bằng áp suất với khí quyển, sau đó đóng van để cô lập khối khí trong bình. Ghi lại các giá trị nhiệt độ và áp suất ban đầu của khí vào bảng số liệu. Tiếp theo, bật bếp điện và điều chỉnh công suất ở mức phù hợp để nhiệt độ của nước tăng chậm; đồng thời thường xuyên khuấy nước để đảm bảo nhiệt độ nước trong bình đồng đều, giúp khí trong quả cầu nhanh đạt cân bằng nhiệt với nước. Cứ mỗi khi nhiệt độ tăng thêm , nhóm học sinh tiến hành ghi lại đồng thời nhiệt độ và áp suất tương ứng của khí vào bảng số liệu. Kết quả thí nghiệm được trình bày trong bảng sau:
Nhiệt độ \(t\) | 25,0 | 35,0 | 45,0 | 55,0 | 65,0 |
Áp suất \(p\) (\({10^5},Pa\)) | 1,01 | 1,04 | 1,08 | 1,11 | 1,15 |
Quả cầu chứa khí được làm bằng kim loại và nhúng ngập hoàn toàn trong nước nhằm tăng cường trao đổi nhiệt, giúp khí bên trong quả cầu nhanh chóng đạt cân bằng nhiệt với nước, qua đó giảm sai số trong phép đo.
Áp suất khí trong quả cầu tăng tỉ lệ thuận với nhiệt độ.
Quá trình biến đổi khí trong thí nghiệm là quá trình đẳng tích.
Mật độ phân tử trung bình của lượng khí đã sử dụng trong thí nghiệm là \(2,46 \cdot {10^{25}}\) phân tử \({m^3}\).
Thí nghiệm khảo sát quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ của một lượng khí xác định trong quả cầu kim loại; đề cũng nói bỏ qua sự co giãn không đáng kể của bình khí. Bảng số liệu là:
\(p({10^5},Pa):1,01;1,04;1,08;1,11;1,15\).
a) Đúng
Quả cầu bằng kim loại và nhúng ngập trong nước giúp trao đổi nhiệt tốt hơn, nên khí trong quả cầu nhanh đạt cân bằng nhiệt với nước, giảm sai số đo.
Vậy phát biểu đúng.
b) Sai
Áp suất của khí lí tưởng tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối \(T\), không phải với nhiệt độ Celsius \(t\).
Ở đây phải hiểu \(p~T\) với \(T = t + 273\).
Vậy phát biểu “tỉ lệ thuận với nhiệt độ” là sai nếu hiểu theo số liệu trong bảng.
c) Đúng
Đề cho biết bỏ qua sự co giãn của bình khí, tức thể tích khí coi như không đổi.
Đó là quá trình đẳng tích.
Vậy phát biểu đúng.
d) Đúng
Dùng phương trình khí lí tưởng ở mức phân tử: \(p = nkT\), trong đó \(n\) là mật độ phân tử.
Lấy số liệu ban đầu:
\(p = 1,01 \cdot {10^5},Pa\), \(T = 25 + 273 = 298,K\), \(k = \frac{R}{{{N_A}}} = \frac{{8,31}}{{6,02 \cdot {{10}^{23}}}} \approx 1,38 \cdot {10^{ - 23}},J/K\).
Suy ra:
\(n = \frac{p}{{kT}} \approx \frac{{1,01 \cdot {{10}^5}}}{{1,38 \cdot {{10}^{ - 23}} \cdot 298}} \approx 2,46 \cdot {10^{25}},{\rm{phân tử/}}{{\rm{m}}^3}\).
Vậy phát biểu đúng.