Bài 29. Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ốt

Giải SBT Vật Lí 10: Bài 29. Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ốt

Bài 29.1 trang 67 Sách bài tập Vật Lí 10

Tập hợp ba thông số nào sau đây xác định trạng thái của một lượng khí xác định ?

A. Áp suất, thể tích, khối lượng.

B. Áp suất, nhiệt độ, thể tích.

C. Thể tích, trọng lượng, áp suất.

D. Áp suất, nhiệt độ, khối lượng.

Lời giải

Chọn đáp án B

Bài 29.2 trang 68 Sách bài tập Vật Lí 10

Quá trình nào sau đây là đẳng quá trình ?

A. Đun nóng khí trong một bình đậy kín.

B. Không khí trong quả bóng bay bị phơi nắng, nóng lên, nở ra làm căng bóng.

C. Đun nóng khí trong một xilanh, khí nở ra đẩy pit-tông chuyển động.

D. Cả ba quá trình trên đều không phải là đẳng quá trình.

Lời giải

Chọn đáp án A

Bài 29.3 trang 68 Sách bài tập Vật Lí 10

Đẩy pit-tông của một xilanh đủ chậm để nén lượng khí chứa trong xilanh sao cho thể tích của lượng khí này giảm đi 2 lần ở nhiệt độ không đổi. Khi đó áp suất của khí trong xi lanh

A. giảm đi 2 lần.       

B. tăng lên 2 lần.

C. tăng thêm 4 lần.       

D. không thay đổi.

Lời giải

Chọn đáp án B

Bài 29.4 trang 68 Sách bài tập Vật Lí 10

Hệ thức nào sau đây là của định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt ?

A. p₁V₂= p₂V₁.       

B. p/V = hằng số.

C. pV = hằng số.       

D. V/p = hằng số.

Lời giải

Chọn đáp án C

Bài 29.5 trang 68 Sách bài tập Vật Lí 10

Đường nào sau đây không biểu diễn quá trình đẳng nhiệt?

Lời giải

Chọn đáp án B

Bài 29.6 trang 68 Sách bài tập Vật Lí 10

Một lượng khí ở nhiệt độ 18^oC có thể tích 1 m³ và áp suất 1 atm. Người ta nén đẳng nhiệt khí tới áp suất 3,5 atm. Tính thể tích khí nén.

A. 2,86 m³.       

B. 3,5 m³.       

C. 0,286 m³.       

D. 0,35 m³.

Lời giải

Chọn đáp án C

Bài 29.7 trang 68 Sách bài tập Vật Lí 10

Một bình đựng khí có dung tích 6.10^-3 m³ đựng khí ở áp suất 2,75.10⁶ Pa. Người ta dùng khí trong bình để thổi các quả bóng bay sao cho bóng có thể tích 3,3.10^-3 m³ và khí trong bóng có áp suất 1,1.10⁵ Pa. Nếu coi nhiệt độ của không khí không đổi thì số lượng bóng thổi được là

A. 50 quả bóng.       

B. 48 quả bóng.       

C. 52 quả bóng.       

D. 49 quả bóng.

Lời giải

Chọn đáp án B

Khí trong bình chỉ được thổi cho tới khi áp suất của khí trong bình bằng áp suất của khí trong bóng:

Bài 29.8 trang 69 Sách bài tập Vật Lí 10

Người ta điều chế khí hiđrô và chứa vào một bình lớn dưới áp suất 1 atm, ở nhiệt độ 20^oC. Tính thể tích khí phải lấy từ bình lớn ra để nạp vào một bình nhỏ thể tích 20 lít dưới áp suất 25 atm. Coi nhiệt độ không đổi.

Lời giải

V₁ = p₂V₂/p₁ = 25.20/1 = 500 lít

Bài 29.9 trang 69 Sách bài tập Vật Lí 10

Tính khối lượng khí ôxi đựng trong một bình thể tích 10 lít dưới áp suất 150 atm ở nhiệt độ 0^oC. Biết ở điều kiện chuẩn khối lượng riêng của ôxi là 1,43 kg/m³.

Lời giải

Biết ρ₀ = m/V₀ và ρ = m/V ⇒ ρ₀V₀ = ρV

Mặt khác p₀V₀ = pV

(vì nhiệt độ của khí bằng nhiệt độ ở điều kiện chuẩn).

Từ (1) và (2) suy ra:

ρ = ρ₀p/p₀ = 1,43.150/1 = 214,5(kg/m³)

Và m = 214,5.10^-2 = 2,145 kg.

Bài 29.10 trang 69 Sách bài tập Vật Lí 10

Một ống thuỷ tinh được cắm lộn ngược vào một chậu chứa thuỷ ngân, bên trong ống chứa 40 cm³ không khí và một cột thuỷ ngân cao 8 cm so với mực thuỷ ngân trong chậu (H.29.2a). Người ta ấn sâu ống thủy tinh vào thủy ngân cho tới khi mực thủy ngân ở bên trong và bên ngoài ống bằng nhau (H.29.2b). Tính thể tích của không khí còn lại bên trong ống thủy tinh. Biết áp suất khí quyển là 75 cmHg.

Lời giải

Trạng thái đầu: V₁ = 40 cm³ ; p₁ = 75 – 8 = 67 cmHg.

Trạng thái cuối: V₂ = ? cm³ ; p₂ = 75 cmHg.

Vì nhiệt độ không đổi nên: pV₁ = p₂V₂

⇒ V₂ = p₁V₁/p₂ ≈ 35,7(cm³)

Bài 29.11 trang 69 Sách bài tập Vật Lí 10

Ớ chính giữa một ống thuỷ tinh nằm ngang, tiết diện nhỏ, chiều dài L = 100 cm, hai đầu bịt kín có một cột thuỷ ngân dài h = 20 cm. Trong ống có không khí. Khi đặt ống thẳng đứng, cột thuỷ ngân dịch chuyển xuống dưới một đoạn l = 10 cm. Tìm áp suất của không khí trong ống ra cmHg và Pa khi ống nằm ngang.

Coi nhiệt độ của không khí trong ống không đổi và khối lượng riêng của thuỷ ngân là ρ = 1,36.10⁴ kg/m³.

Lời giải

Trạng thái 1 của mỗi lượng khí ở hai bên cột thủy ngân (ống nằm ngang)

p₁; V₁ = (L - h)/2 . S; T₁

Trạng thái 2 (ống thẳng đứng)

+ Đối với lượng khí ở trên cột thủy ngân: p₂; V₂ = ((L - h)/2 + 1).S; T₂ = T₁

+ Đối với lượng khí ở dưới cột thủy ngân: p'₂; V'₂₂ = ((L - h)/2 + 1).S; T'₂ = T₁

Áp suất khí ở phần dưới bằng áp suất khí ở phần trên cộng với áp suất do cột thủy ngân gây ra. Do đó đối với khí ở phần dưới, ta có:

p'₂ = p₂ + h; V'₂= ((L - h)/2 + 1).S; T'₂ = T₁

Áp dụng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt cho từng lượng khí. Ta có:

+ Đối với khí ở trên:

p₁(L - h)S/2 = p₂(L - h + 2l)S/2

⇒ p₁(L - h) = p₂(L - h + 2l) (1)

+ Đối với khí ở dưới:

p₁(L - h)S/2 = (p₂ + h)(L - h + 2l)S/2

⇒ p₁(L - h) = (p₂ + h)(L - h + 2l) (1)

Từ hai phương trình (1) và (2) rút ra:

p₂ = h(L - h - 2l)/4l

Thay giá trị của p₂ vào (1) ta được:

p₁ = 37,5(cmHg)

p1 = ρgH = 1,36.10⁴.9,8.0,375 = 5.10⁴ Pa.

Bài 29.12 trang 69 Sách bài tập Vật Lí 10

Ở chính giữa một ống thuỷ tinh nằm ngang, kín cả hai đầu có một cột thuỷ ngân dài h = 19,6 mm. Nếu đặt ống nghiêng một góc 30^o so với phươn nằm ngang thì cột thuỷ ngân dịch chuyển một đoạn Δl₁ = 20 mm. Nếu đặt ống thẳng đứng thì cột thuỷ ngân dịch chuyển một đoạn Δl₂ = 30 mm.

Xác định áp suất của không khí trong ống khi ống nằm ngang. Coi nhiệt độ không đổi.

Lời giải

- Trạng thái 1 của không khí trong ống nằm ngang. Với lượng khí ở bên phải cũng như ở bên trái cột thủy ngân: p₁; V₁.

- Trạng thái 2 của không khí khi ống nằm nghiêng.

+ Với lượng khí ở bên trái: p₂ ; V₂.

+ Với lượng khí ở bên phải: p'₂ ; V'₂.

- Trạng thái 3 của không khí khi ống thẳng đứng.

+ Với lượng khí ở bên trái: p₃ ; V₃.

+ Với lượng khí ở bên phải: p'₃ ; V'₃.

Theo định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt. Ta có:

p₁V₁ = p₂V₂ = p₃V₃ => p₁l₁ = p₂l₂ = p₃l₃.

Và p₁V₁ = p'₂V'₂ = p'₃V'₃ => p₁l₁ = p'₂l'₂ = p'₃l'₃.

Khi ống nằm nghiêng thì: l₂ = l₁ – Δl₁ và l'₂ = l₁ + Δl₁

Khi ống thẳng đứng thì: l₃ = l₁ – Δl₂ và l'₃ = l₁ + Δl₂

Ngoài ra, khi cột thủy ngân đã cân bằng thì:

Pp₂ = p'₂ + ρghsinα và p₃ = p'₃ + ρgh.

Thay các giá trị của l₂, l₃, l'₂, l'₃, p₂, p₃ vào các phương trình của định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt ở trên, ta được:

p₁l₁ = (p'₂ + ρghsinα)(l₁ – Δl₁)

p₁l₁ = (p'₃ + ρgh)(l₁ – Δl₂)

p₁l₁ = p'₂(l₁ + Δl₁) và p₁l₁ = p'₃(l₁ + Δl₂)

giải hệ phương trình trên với p₁ ta có:

p₁ ≈ 6 mmHg

Bài 29.13 trang 69 Sách bài tập Vật Lí 10

Người ta dùng bơm có pit-tông diện tích 8 cm² và khoảng chạy 25 cm bơm một bánh xe đạp sao cho áp lực của bánh xe đạp lên mặt đường là 350 N thì diện tích tiếp xúc là 50 cm². Ban đầu bánh xe đạp chứa không khí ở áp suất khí quyển p₀ = 10⁵ Pa và có thể tích là V₀ = 1 500 cm³. Giả thiết khi áp suất không khí trong bánh xe đạp vượt quá 1,5p₀ thì thể tích của bánh xe đạp là 2 000 cm³.

a) Hỏi phải đẩy bơm bao nhiêu lần ?

b) Nếu do bơm hở nên mỗi lần đẩy bơm chỉ đưa được 100 cm³ không khí vào bánh xe thì phải đẩy bao nhiêu lần ?

Lời giải

Áp suất trong bánh xe khi bơm xong: p = p₀ + p’

Với p’ = 350/0,00⁵ = 0,7.10⁵ Pa; p = 1,7.105 Pa lớn hơn 1,5p₀ nên thể tích sau khi bơm là 2000 cm³.

a) Mỗi lần bơm có 8.25 = 200 cm³không khí ở áp suất p₀được đưa vào bánh xe. Sau n lần bơm có 200n cm³ không khí được đưa vào bánh. Ban đầu có 1500 cm³ không khí ở áp suất p₀ trong bánh xe. Như vậy có thể coi:

Trạng thái 1: p₁ = p₀ ; V1 = (1500 + 200n)

Trạng thái 2: p₂ = 1,7.10⁵ Pa ; V₂ = 2000 cm³

Áp dụng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, dễ dàng tìm được n = 19/2 ≈ 10 lần.

b) n’ = 2n = 19 lần.