Một nhóm học sinh tiến hành thí nghiệm đo sự phụ thuộc của áp suất khí p vào nhiệt độ tuyệt đối T của một lượng khí xác định. Thí nghiệm được bố trí như hình vẽ: Bình chứa không khí A có thể
20/28
Một nhóm học sinh tiến hành thí nghiệm đo sự phụ thuộc của áp suất khí p vào nhiệt độ tuyệt đối T của một lượng khí xác định. Thí nghiệm được bố trí như hình vẽ: Bình chứa không khí A có thể tích 3,5 lít được đặt trong bình chứa nước B, bình được đậy kín và cắm vào bởi nhiệt kế T và ống dẫn khí có thể tích rất nhỏ so với thể tích của bình, ống dẫn khí được dẫn tới nhánh bên trái của một áp kế thủy ngân (phía trên của nhánh bên phải có lỗ thông với bên ngoài). Nhiệt độ nước trong bình B được nung nóng bởi bếp điện R và áp suất khí được đo bởi hai nhánh chứa thủy ngân hình chữ U. Cho áp suất khí quyển \({p_0} = 760{\rm{mmHg}}\), khối lượng mol của không khí là \(29{\rm{\;g}}/{\rm{mol}}\). Thay đổi nhiệt độ nước trong bình B, tiến hành đo nhiệt độ \(t\) trên nhiệt kế và chênh lệch độ cao \({\rm{\Delta }}h\) của mực thủy ngân trên hai nhánh chữ \(U\), thu được kết quả theo bảng dưới:
Tỉ số \({\rm{p}}/{\rm{T}}\) trung bình sau các lần đo ở trên là \(3,3{\rm{mmHg}}/{\rm{K}}\).
Áp suất khí trong bình tại nhiệt độ \({40^ \circ }{\rm{C}}\) là 944 mmHg.
Khối lượng không khí trong bình A là 4,3 gam. Lấy \({\rm{R}} = 62,36{\rm{mmHg}}.{\rm{l}}/\left( {{\rm{mol}}.{\rm{K}}} \right)\).
Vì thể tích ống dẫn khí rất nhỏ nên có thể coi thể tích khí không đổi.
a) SAI
Ta có nhiệt độ tuyệt đối \(T = t + 273\). Lập tỉ số \(\frac{p}{T}\) cho 5 lần đo:
Lần 1: \(\frac{{760 + 152}}{{25 + 273}} \approx 3,06\)
Lần 2: \(\frac{{760 + 159}}{{32 + 273}} \approx 3,01\)
Lần 3: \(\frac{{760 + 184}}{{40 + 273}} \approx 3,02\)
Lần 4: \(\frac{{760 + 218}}{{50 + 273}} \approx 3,03\)
Lần 5: \(\frac{{760 + 256}}{{62 + 273}} \approx 3,03\)
Trung bình tỉ số \(\frac{p}{T}\) vào khoảng \(3,03{\rm{mmHg}}/{\rm{K}}\) (Sai)
b) ĐÚNG
Tại nhiệt độ \({40^ \circ }{\rm{C}}\) (Lần đo 3), độ chênh lệch cột thủy ngân là \({\rm{\Delta }}h = 184{\rm{\;mm}}\). Áp suất khí trong bình là: \(p = {p_0} + {\rm{\Delta }}h = 760 + 184 = 944{\rm{mmHg}}\)
c) SAI
Áp dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng \(pV = \frac{m}{\mu }RT\),
ta có công thức tính khối lượng: \(m = \frac{{pV\mu }}{{RT}}\).
Lấy dữ liệu ở lần đo thứ 3 để tính thử:
\(m = \frac{{944.3,5.29}}{{62,36.\left( {40 + 273} \right)}} \approx 4,91{\rm{\;g}}\)
d) ĐÚNG
Trong thiết kế của nhiệt kế khí đẳng tích, ống dẫn khí cần có thể tích rất nhỏ so với bình chứa (bình A). Việc này giúp giảm thiểu sai số, lượng khí nằm ngoài khu vực kiểm soát nhiệt độ (bình B) là không đáng kể, do đó hoàn toàn có thể coi thể tích tổng cộng của lượng khí đang xét là không thay đổi trong suốt quá trình đun nóng.