Lý thuyết Vật lý 10 Bài 31. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng

Lý thuyết Vật lý 10 Bài 31. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng

I. KHÍ THỰC VÀ KHÍ LÍ TƯỞNG

Những thí nghiệm chính xác cho thấy, chất khí thực (chất khí tổn tại trong thực tế như ôxi, nitơ, cacbonic...) chỉ tuân theo gần đúng các định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt và Sác-lơ. Giá trị của tích p.V và thương   thay đổi theo bản chất, nhiệt độ và áp suất của chất khí. Chỉ có khí lí tưởng là tuân theo đúng các định luật về chất khí đã học.

Tuy nhiên, sự khác biệt giữa khí thực và khí lí tưởng không lớn ở những nhiệt độ và áp suất thông thường. Do đó, 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.

II. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG

Đường biểu diễn hai giai đoạn biến đổi trên đồ thị p−V

Kí hiệu p₁,V₁,T₁ là áp suất, thể tích và nhiệt độ của lượng khí mà ta xét 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. Chúng ta đi tìm mối liên hệ giữa các giá trị đó.

Việc chọn trạng thái 1, 2 là bất kì, vị vậy có thể viết:

Phương trình trên được nhà vật lí người Pháp Clapeyron (Cla-pê-rôn) đưa ra năm 1834 và được gọi là phương trình trạng thái của khí lí tưởng hay phương trình Clapeyron.

III. QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP

1. Quá trình đẳng áp   

Quá trình biến đổi trạng thái khi áp suất không đổi gọi là quá trình đẳng áp.

2. Liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp   

Quá trình biến đổi trạng thái khi áp suất không đổi gọi là quá trình đẳng áp.

Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.

3. Đường đẳng áp   

Đường biểu diễn sự biến thiên của thể tích theo nhiệt độ khi áp suất không đổi gọi là đường đẳng áp.

Ứng với các áp suất khác nhau của cùng một lượng khí có những đường đẳng áp khác nhau.

4. Định luật Gay-Lussac (Gay Luy-xác)

Xét một quá trình đẳng áp, trong đó áp suất p không đổi và bằng p₁. Phương trình trạng thái khí lí tưởng trở thành:

Nội dụng định luật Gay-Lussac: Thể tích V của một lượng khí có áp suất không đổi thì tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối của khí. 

IV. ĐỘ KHÔNG TUYỆT ĐỐI

Nếu giảm nhiệt độ tới 0K thì p = 0 và V = 0. Hơn nữa ở nhiệt độ dưới 0K,, áp suất và thể tích sẽ có giá trị âm. Đó là điều không thể thực hiện được.

Do đó, Ken-vin đã đưa ra một nhiệt giai bắt đầu bằng nhiệt độ 0K gọi là độ không tuyệt đối. Các nhiệt độ trong nhiệt giai của Ken-vin đều có giá trị dương và mỗi độ chia trong nhiệt giai này cũng bằng mỗi độ chia trong nhiệt giai Xen-xi-út (Celsius).

Chính xác thì độ không tuyệt đối thấp hơn −273^oC một chút (vào khoảng −273,15^oC). Nhiệt độ thấp nhất mà con người thực hiện được trong phòng thí nghiệm hiện nay là 10⁻⁹K.

Xem thêm Giải Vật lý 10: Bài 31. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng