Phương trình trạng thái của khí lí tưởng (hay, chi tiết)

---

---

Bài viết Phương trình trạng thái của khí lí tưởng hay, chi tiết Vật Lí lớp 10 hay nhất gồm 4 phần: Định nghĩa, Công thức, Kiến thức mở rộng và Bài tập minh họa áp dụng công thức trong bài có lời giải chi tiết giúp học sinh dễ học, dễ nhớ Phương trình trạng thái của khí lí tưởng hay, chi tiết.

1. Khái niệm

- Khí lí tưởng là chất khí trong đó các phân tử được coi là các chất điểm và chỉ tương tác khi va chạm. Chỉ có khí lí tưởng là tuân theo đúng các định luật về chất khí đã học.

- Phương trình trạng thái khí lý tưởng là phương trình xác định mối liên hệ giữa ba thông số trạng thái (áp suất, thể tích, nhiệt độ) của chất khí.

2. Công thức

Gọi p₁, V₁, T₁ là áp suất, thể tích và nhiệt độ của lượng khí ở trạng thái 1. Thực hiện một quá trình bất kì chuyển khí sang trạng thái 2 có áp suất p₂, thể tích V₂ và nhiệt độ T₂. 

Mối liên hệ giữa các đại lượng đó là: 

Việc chọn trạng thái 1, 2 là bất kì.

Do đó, ta có phương trình trạng thái của khí lí tưởng:

Trong đó:

+ p là áp suất (N/m² hoặc Pa)

+ V là thể tích (m³)

+ T là nhiệt độ tuyệt đối (K) 

Đồ thị biểu diễn quá trình biến đổi trạng thái trong hệ tọa độ (p,V)

Chuyển lượng khí từ trạng thái 1 (p₁, V₁, T₁) sang trạng thái 2 (p₂, V₂, T₂) qua trạng thái trung gian 1’ (p’, V₂, T₁) bằng các đẳng quá trình.

 3. Kiến thức mở rộng

- Từ công thức trên, ta có thể tính:

- Đổi đơn vị nhiệt độ:

K = ⁰C + 273

⁰F = 1,8 . ⁰C + 32

- Công thức khối lượng riêng:

Trong đó: D là khối lượng riêng (kg/m³)

       m là khối lượng (kg)

       V là thể tích (m³)

- Bảng chuyển đổi đơn vị áp suất:

- Ở điều kiện tiêu chuẩn, trạng thái của một lượng khí:

+ Áp suất: 1 atm

+ Nhiệt độ: 0⁰C

+ Thể tích: 22,4 lít

Chú ý: Do sự khác biệt giữa khí thực và khí lí tưởng không lớn ở những nhiệt độ và áp suất thông thường. Nên trong đời sống và kĩ thuật, khi không yêu cầu độ chính xác cao, ta có thể áp dụng các định luật về chất khí lí tưởng để tính áp suất, thể tích và nhiệt độ của khí thực.

4. Ví dụ minh họa

Bài 1:Trong xi lanh của một động cơ đốt trong có 2 lít hỗn hợp khí áp dưới áp suất 1,5 atm và nhiệt độ 27°C. Pittông nén xuống làm cho thể tích của hỗn hợp khí chỉ còn bằng 0,3 lít và áp suất tăng lên tới 18 atm. Tính nhiệt độ của hỗn hợp khí nén.

Lời giải

Áp dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng:

Bài 2:Trong một khu hội chợ người ta bơm một quả bóng có thể tích 200 lít ở nhiệt độ 27°C trên mặt đất. Sau đó bóng được thả bay lên đến độ cao mà ở đó áp suất khí quyển chỉ còn 0,8 lần áp suất khí quyển ở mặt đất và có nhiệt độ 17°C. Tính thể tích của quả bóng ở độ cao đó, bỏ qua áp suất phụ gây ra bởi vỏ bóng.

Lời giải

Áp dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng:

5. Bài tập bổ sung

Bài 1: Tích của áp suất p và thể tích V của một khối lượng khí lí tưởng xác định thì:

A. Tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.

B. Không phụ thuộc và nhiệt độ.

C. Tỉ lệ thuận với nhiệt độ Xenxiut.

D. Tỉ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối.

Bài 2: Một lượng khí đựng trong một xilanh có pittong chuyển động được. Các thông số trạng thái của lượng khí này là: 2,5 atm, 300 K, 14 lít. Khi pittong nén khí, áp suất của khí tăng lên tới 4 atm, thể thích khi giảm còn 10 lít. Xác định nhiệt độ của khí nén? (Chọn đáp án gần đúng nhất)

A. 343 K.

B. 345 K.

C. 347 K.

D. 349 K.

Bài 3: Trong một động cơ diezen, khối khí có nhiệt độ ban đầu là 30^oC được nén để thể tích giảm bằng 1/15 thể tích ban đầu và áp suất tăng bằng 50 lần áp suất ban đầu. Nhiệt độ khối khí sau khi nén là bao nhiêu?

A. 737^oC.

B. 750^oC.

C. 787^oC.

D. 798^oC.

Bài 4: Khí cầu có dụng tích 350m³ được bơm khí hidro. Khi bơm xong, hidro trong khí cầu có nhiệt độ 27^oC và áp suất 1 atm. Hỏi phải bơm bao nhiêu lâu nếu mỗi giây bơm được 3 g hidro vào khí cầu?

A. 9385 s.

B. 9485 s.

C. 9585 s.

D. 9685 s.

Bài 5: Ở thời kì nén của một động cơ đốt trong 4 kì, nhiệt độ của hỗn hợp khí tăng từ 50^oC đến 370^oC , còn thể tích của khí giảm từ 2 lít đến 0,5 lít. Áp suất của khí lúc bắt đầu nén là 110 kPa. Coi hỗn hợp khí như chất khi thuần nhất, áp suất cuối thời kì nén là bao nhiêu?

A. 8,5.10⁵Pa.

B. 8,8.10⁵Pa.

C. 8,5.10⁶Pa.

D. 8,8.10⁶Pa.

Bài 6: Không khí ở áp suất 10⁵Pa, nhiệt độ 0^oC có khối lượng riêng là 1,3kg/m³. Tính khối lượng riêng của không khí ở áp suất 3.10⁵Pa và nhiệt độ 120^oC?

A. 1,89kg/m³.

B. 2,15kg/m³.

C. 2,7kg/m³.

D. 3,09kg/m³.

Bài 7: Một bóng thám không được chế tạo để có thể tăng bán kính lên tới 12 m khi bay ở tầng khí quyển có áp suất 0,04 atm và nhiệt độ 220 K. Hỏi bán kính của bóng khi bơm, biết bóng được bơm khí ở áp suất 1atm và nhiệt độ 330 K?

A. 2,7 m.

B. 3,7 m.

C. 4,7 m.

D. 5,7 m.

Bài 8: Một bình chứa khí Oxi dung tích 12 lít ở áp suất 220 kPa và nhiệt độ 27^oC. Khối lượng của khí Oxi trong bình là bao nhiêu? (chọn đáp án gần đúng nhất)

A. 30,9 g.

B. 31,9 g.

C. 32,9 g.

D. 33,9 g.

Bài 9: Thể tích của hỗn hợp khí trong xilanh là 3dm³, nhiệt độ là 50^oC và áp suất ban đầu là 1 atm. Tính nhiệt độ của hỗn hợp khí trong xilanh khi pittong nén khí trong xilanh làm thể tích giảm đi 10 lần, áp suất tăng đến 10 atm?

A. 293 K.

B. 303 K.

C. 313 K.

D. 323 K.

Bài 10: Khí cầu có dụng tích 300m³ được bơm khí hidro. Khi bơm xong, hidro trong khí cầu có nhiệt độ 40^oC và áp suất 1,2 atm. Hỏi phải bơm bao nhiêu lâu nếu mỗi giây bơm được 5 g hidro vào khí cầu?

A. 5610 s.

B. 6510 s.

C. 1056 s.

D. 1650 s.

Xem thêm các Công thức Vật Lí lớp 10 quan trọng hay khác:

• Phương trình đẳng nhiệt hay, chi tiết

• Phương trình đẳng tích hay, chi tiết

• Phương trình đẳng áp hay, chi tiết

• Phương trình Claperon - Mendeleep hay, chi tiết

• Phương trình Cla-pe-ron hay, chi tiết

---

---

---