I - TRẠNG THÁI VÀ QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI TRẠNG THÁI

 Trạng thái của một lượng khí được xác định bởi ba thông số gồm áp suất (p), thể tích (V), nhiệt độ tuyệt đối (T). Những đại lượng này được gọi là các thông số trạng thái của một lượng khí. Giữa các thông số trạng thái của một lượng khí có những mối liên hệ xác định.

  Lượng khí chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác bằng các quá trình biến đổi trạng thái gọi tắt là quá trình (Hình 29.2).

  Trong hầu hết các quá trình tự nhiên, cả ba thông số trạng thái đều thay đổi. Chỉ cần một trong ba thông số thay đổi thì trạng thái khí sẽ thay đổi. Quá trình thay đổi thông số trạng thái là quá trình biến đổi trạng thái khí. Tuy nhiên cũng có thể thực hiện được những quá trình chỉ có hai thông số biến đổi còn một thông số không đổi. Những quá trình này được gọi là đẳng quá trình.

  Người ta có thể dùng thí nghiệm để nghiên cứu các đẳng quá trình, tìm ra mối liên hệ giữa từng cặp thông số, từ đó xây dựng phương trình về mối liên hệ đồng thời giữa cả ba thông số.

Hình 29.1

Chú ý: Lượng khí trong bình là không đổi.

Hình 29.2

II - Quá trình đẳng nhiệt

  Quá trình biến đổi trạng thái trong đó nhiệt độ được giữ không đổi gọi là quá trình đẳng nhiệt.

III. ĐỊNH LUẬT BÔI-LƠ – MA-RI-ỐT

 1. Thí nghiệm

 Thí nghiệm mô tả ở Hình 29.1 cho thấy, khi giảm thể tích của một lượng khí thì áp suất tăng nhưng chưa cho biết mối liên hệ định lượng giữa áp suất và thể tích của một lượng khí. Làm thế nào để tìm được mối liên hệ này?

  Để lập biểu thức về mối liên hệ giữa áp suất và thể tích của một lượng khí trong quá trình đẳng nhiệt phải dùng những thí nghiệm chính xác tiến hành trong phòng thí nghiệm. Thí nghệm ảo 29.1 cho phép đo các giá trị của áp suất khi thể tích của một lượng khí thay đổi, còn nhiệt độ không đổi.

Hình 29.3. Sơ đồ thí nghiệm

 Thí nghệm ảo 29.1. Quá trình đẳng nhiệt

Bảng 29.1. Kết quả thí nghiệm

Nếu tỷ số giữa hai đại lượng không đổi thì quan hệ là tỷ lệ thuận.  Nếu tích số giữa hai đại lượng không đổi thì  quan hệ là tỷ lệ nghịch.

Video 29.2. Thí nghiệm định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt

 2. Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ôt

  a) Phát biểu

  Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích.

  Phát biểu cách khác:
  Ở nhiệt độ không đổi, tích của thể tích một khối lượng khí với áp suất của lượng khí đó là một đại lượng không đổi.

  Định luật trên được nhà vật lí người Anh Bôi-lơ (Boyle, 1627 - 1691) tìm ra năm 1662 và nhà vật lí người Pháp Ma-ri-ốt (Mariotte, 1620 - 1684) tìm ra năm 1676 nên được gọi là định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt.

  a) Hệ thức

(29.1)

Bài tập ví dụ. Khi được nén đẳng nhiệt từ thể tích 6 lít đến 4 lít, áp suất khí tăng thêm 0,75 at. Tìm áp suất ban đầu của khối khí.

Giải:

Vì T = const nên 

Suy ra  P1 = 1.5at

III - ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT

 Đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất của một lượng khí theo thể tích gọi là đường đẳng nhiệt.

  Trong hệ toạ độ (p, V), đường đẳng nhiệt là đường hypebol.

  Ứng với các nhiệt độ khác nhau của cùng một lượng khí có các đường đẳng nhiệt khác nhau (Hình 29.4).

  Đường đẳng nhiệt ở trên ứng với nhiệt độ cao hơn đường đẳng nhiệt ở dưới.

Hình 29.4. Đường đẳng nhiệt

Video 29.2. Ứng dụng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt