Giải SGK Vật lí 12 KNTT Bài 9. Định luật Boyle có đáp án

Khi thay đổi thể tích của một khối lượng khí xác định ở nhiệt độ không đổi thì áp suất khí thay đổi. Cụ thể: đối với một lượng khí nhất định, ở nhiệt độ không đổi, áp suất và thể tích tỉ lệ nghịch với nhau. Tích số của áp suất và thể tích luôn không đổi.

- Dùng nhiệt kế để đo nhiệt độ.

- Thước để đo kích thước dụng cụ chứa khí để gián tiếp tính thể tích khối khí.

- Áp kế để đo áp suất.

Đơn vị của các đại lượng:

- Nhiệt độ: độ C (^oC)

- Thể tích: mét khối (m³)

- Áp suất: pascal (Pa)

Bảng so sánh các thông số trạng thái:

Do quả bóng để ngoài nắng nhiệt độ ngoài trời cao nên nhiệt độ khối khí trong quả bóng tăng lên, quả bóng giãn nở làm tăng thể tích, các phân tử khí chuyển động càng nhanh, va chạm vào thành bên trong quả bóng càng nhiều nên áp suất tăng.

1. Giá trị của tích pV trong mỗi lần thí nghiệm:

p₁V₁ = 3,0.10^-6.1,0 = 3,0.10^-6

p₂V₂ = 2,5.10^-6.1,2 = 3,0.10^-6

p₃V₃ = 2,0.10^-6.1,5 = 3,0.10^-6

p₄V₄ = 1,5.10^-6.1,9 = 2,85.10^-6

2. Đồ thị p – V

3. Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, tích của áp suất và thể tích luôn không đổi.

Nếu vẽ đường biểu diễn sự phụ thuộc của p vào $\frac{1}{V}$ thì đường biểu diễn sẽ có dạng đường thẳng. Vì p tỉ lệ nghịch với V nên có nghĩa là p tỉ lệ thuận với $\frac{1}{V}$.

Ví dụ về quá trình đẳng nhiệt:

- Bình xịt khử trùng: Khí bên trong bình được nén dưới áp suất cao. Khi ta ấn nút, van mở, khí thoát ra ngoài, thể tích khí tăng. Do có van điều tiết, áp suất khí giảm dần, nhưng nhiệt độ khí gần như không đổi (gần như đẳng nhiệt).

- Nén khí trong bình: Khi nén khí, thể tích khí giảm, áp suất khí tăng. Quá trình này có thể được thực hiện gần như đẳng nhiệt bằng cách sử dụng nước để làm mát bình khí.

Áp dụng quá trình đẳng nhiệt: $p_1{V}_1=p_2{V}_2\iff \mathrm{120.0,04}=p_2\mathrm{.0,025}\iff p_2=192kPa$ 

Áp suất của bọt khí khi ở độ sâu 6 m là:

$p_1=\rho gh+p_0=\mathrm{1000.9,8.6}+{\mathrm{1,013.10}}^5={\mathrm{1,6.10}}^{5}Pa$ 

Áp dụng quá trình đẳng nhiệt: $p_1{V}_1=p_2{V}_2\iff \frac{V_2}{V_1}=\frac{p_1}{p_2}=\frac{{\mathrm{1,6.10}}^5}{{\mathrm{1,013.10}}^5}=\mathrm{1,58}$ 

Thể tích bọt khí tăng 1,58 lần.

Định luật Boyle có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống hiện đại, trong đó có thể kể đến ví dụ như lặn biển, điều này là do người lặn phải đẩy không khí ra khỏi phổi khi lên cao vì nó nở ra khi áp suất giảm, nếu không làm như vậy có thể gây tổn thương mô.

Nó được tìm thấy trong tất cả các thiết bị sử dụng hoặc chạy bằng năng lượng khí nén, chẳng hạn như cánh tay robot sử dụng các bộ phận như piston khí nén, bộ truyền động, bộ điều chỉnh áp suất và van giảm áp.

Động cơ xăng, ga hoặc diesel cũng sử dụng định luật Boyle trong quá trình đốt trong, vì lần đầu tiên không khí đi vào xi lanh với thể tích và áp suất, lần thứ hai nó giảm thể tích bằng cách tăng áp suất.

Ô tô có hệ thống túi khí hoạt động bằng cách đẩy một lượng không khí hoặc khí nhất định từ buồng đến túi khí bên ngoài, ở đó áp suất giảm và thể tích tăng duy trì nhiệt độ không đổi.

Định luật Boyle ngày nay rất quan trọng vì nó là định luật nói với chúng ta và giải thích hành vi của chất khí. Nó chắc chắn giải thích rằng áp suất và thể tích của một chất khí tỉ lệ nghịch với nhau. Do đó, khi tác dụng áp suất lên một chất khí thì thể tích của nó giảm đi và áp suất của nó tăng lên.