Hình dưới là thí nghiệm về nhiệt kế khí. Nhiệt kế có bình chứa khí được nhúng vào môi trường cần đo nhiệt độ. Thể tích của khí trong bình được giữ cố định bằng cách nâng hoặc hạ mực nước ở bì
19/28
Hình dưới là thí nghiệm về nhiệt kế khí. Nhiệt kế có bình chứa khí được nhúng vào môi trường cần đo nhiệt độ. Thể tích của khí trong bình được giữ cố định bằng cách nâng hoặc hạ mực nước ở bình B để giữ cho mức nước ở bình A không thay đổi. Ban đầu nhiệt độ \({T_0} = 300{\rm{K}}\) thì mực nước 2 cột A và B ngang nhau và ở vạch số 0. Sau đó đưa khối khí vào dung dịch cần đo nhiệt độ và đồng thời thực hiện đổ thêm nước vào bình B để mực nước bình A luôn ở vạch số 0. Lúc này đo được độ chênh lệch độ cao nước 2 bình là \(h = 50{\rm{\;cm}}\). Cho biết khối lượng riêng của nước \(D = 1000{\rm{\;kg}}/{{\rm{m}}^3}\), áp suất khí quyển \({P_0} = {10^5}{\rm{\;Pa}}\), lấy gia tốc trọng trường \(g = 10{\rm{\;m}}/{{\rm{s}}^2}\). Bỏ qua sự trao đổi nhiệt của đường nối bình chứa khí với bình A.
Quá trình biến đổi trạng thái của lượng khí nối với bình A là đẳng tích.
Ban đầu áp suất lượng khí nối với bình A bằng \({10^5}{\rm{\;Pa}}\).
Áp suất sau của lượng khí nối với bình A bằng \(1,{5.10^5}{\rm{\;Pa}}\).
Nhiệt độ dung dịch cần đo bằng 450 K.
a) Đề bài nêu rõ "thể tích của khí trong bình được giữ cố định" bằng cách điều chỉnh mực nước ở bình B sao cho "mực nước bình A luôn ở vạch số 0 ". Điều này có nghĩa là thể tích khí không đổi trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm. Do đó, đây là quá trình biến đổi đẳng tích
⇒ Đúng.
b) Ở trạng thái ban đầu (trạng thái 1), mực nước ở hai nhánh A và B ngang nhau (cùng ở vạch số 0). Khi đó, áp suất của khối lượng khí trong bình cân bằng với áp suất khí quyển tác dụng lên nhánh B.
Suy ra: \({p_1} = {p_0} = {10^5}{\rm{Pa}}\)
\( \Rightarrow \) Đúng.
c) Ở trạng thái sau (trạng thái 2), mực nước ở nhánh B cao hơn nhánh A một đoạn \(h = 50{\rm{\;cm}} = 0,5{\rm{\;m}}\).
Áp suất của khối khí lúc này bằng áp suất khí quyển cộng với áp suất do trọng lượng của cột nước chênh lệch gây ra:
\({p_2} = {p_0} + D.g.h = {10^5} + 1000.10.0,5 = 1,{05.10^5}{\rm{\;Pa}}\)
\( \Rightarrow \) Sai.
d) Vì khối khí trải qua quá trình đẳng tích, ta áp dụng định luật Sác-lơ giữa trạng thái 1 và trạng thái 2:
\(\frac{{{p_1}}}{{{T_1}}} = \frac{{{p_2}}}{{{T_2}}} \Rightarrow {T_2} = \frac{{{p_2}.{T_1}}}{{{p_1}}} \Rightarrow {T_2} = \frac{{1,{{05.10}^5}.300}}{{{{10}^5}}} = 315{\rm{K}}\)
\( \Rightarrow \) Sai.