Khi lấy nước từ một bình đang nút kín, ta chỉ lấy được một ít dù trong bình vẫn còn nhiều nước. Từ hiện tượng đó, một học sinh đã nảy ra ý tưởng thực hiện thí nghiệm xác định áp suất khí quyể
24/28
Khi lấy nước từ một bình đang nút kín, ta chỉ lấy được một ít dù trong bình vẫn còn nhiều nước. Từ hiện tượng đó, một học sinh đã nảy ra ý tưởng thực hiện thí nghiệm xác định áp suất khí quyển bằng các dụng cụ đơn giản sau: Một ống thủy tinh hình trụ trong suốt có nút kín ở trên \(\left( {\rm{N}} \right)\) và vòi nhỏ có khóa \(\left( {\rm{k}} \right)\) ở đáy, thước đo chiều dài. Học sinh này tiến hành thí nghiệm theo các bước sau:
Bước 1: Đo chiều dài của ống là \({L_0}\), mở nút đổ nước vào ống đến chiều dài là \({L_1}\) rồi nút kín ống (\({L_1} < {L_0}\)).
Bước 2: Mở khóa k để nước chảy ra ngoài cho đến khi nước không chảy ra dù vẫn còn nước trong ống, đo chiều dài cột nước được \({L_2}\).
Bước 3: Thực hiện các thao tác tính toán và đưa ra kết quả về áp suất khí quyển. Coi khối lượng riêng của nước và gia tốc trọng trường là \(D\) và \(g\) đã biết, nhiệt độ không đổi trong quá trình thao tác.
Trong quá trình nước chảy ra ở vòi, lượng không khí trong ống thực hiện quá trình đẳng nhiệt.
Khi nước đang chảy ra, áp suất khí trong ống không đổi.
Khi nước trong ống không chảy ra nữa dù vẫn mở khóa k thì áp suất ở đáy ống bằng áp suất khí quyển.
Áp suất khí quyển tính theo công thức: \(p = \frac{{Dg{L_2}\left( {{L_0} - {L_1}} \right)}}{{{L_1} - {L_2}}}\).
a) Theo đề bài: "nhiệt độ không đổi trong quá trình thao tác" ⇒ quá trình đẳng nhiệt.
⇒ a đúng.
b) Khi nước chảy ra, thể tích \(V\) của lượng khí phía trên tăng lên.
Theo định luật Boyle: pV = const ⇒ khi thể tích tăng thì áp suất p của lượng khí trong ống phải giảm dần. ⇒ b sai.
c) Nước ngừng chảy khi có sự cân bằng áp suất tại miệng vòi k. Tại điểm này, áp suất bên trong ống (gồm áp suất khí \({p_2}\) cộng với áp suất thủy tĩnh của cột nước \({L_2}\)) cân bằng với áp suất khí quyển \({p_0}\) bên ngoài.
⇒ c đúng.
d) Trạng thái 1: Thể tích khí \({V_1} = S\left( {{L_0} - {L_1}} \right)\), áp suất khí \({p_1} = {p_0}\) (do lúc đầu mở nút đổ nước vào rồi mới nút kín).
Trạng thái 2: Thể tích khí \({V_2} = S\left( {{L_0} - {L_2}} \right)\), áp suất khí \({p_2}\).
Điều kiện cân bằng tại đáy: \({p_0} = {p_2} + Dg{L_2} \Rightarrow {p_2} = {p_0} - Dg{L_2}\).
Áp dụng định luật Boyle: \({p_1}{V_1} = {p_2}{V_2}\)
\( \Rightarrow {p_0}S\left( {{L_0} - {L_1}} \right) = \left( {{p_0} - Dg{L_2}} \right).S\left( {{L_0} - {L_2}} \right)\)
\( \Rightarrow {p_0}\left( {{L_1} - {L_2}} \right) = Dg{L_2}\left( {{L_0} - {L_2}} \right)\)
\( \Rightarrow {p_0} = \frac{{Dg{L_2}\left( {{L_0} - {L_2}} \right)}}{{{L_1} - {L_2}}}\)
⇒ d sai.