Một xilanh thẳng đứng tiết diện 100 cm' chứa khí ở 27°C, đậy bởi pittong nhẹ cách đáy 60 cm. Trên pittong có đặt một vật khối lượng 100 kg. Đốt nóng khí thêm 50°C thì thấy pittong di chuyển chậm coi nh...

a) Tìm thể tích của khí sau khi nung nóng

• Thể tích ban đầu của khí: V₁ = S.h₁ = 0,01 m² . 0,6 m = 0,006 m³
• Áp dụng định luật Gay-Lussac:=> V₂ = V₁.T₂/T₁ = 0,006 m³. 327K / 300K ≈ 0,00654 m³

Vậy thể tích của khí sau khi nung nóng là khoảng 0,00654 m³.

b) Tại sao áp suất của khí trong xilanh không đổi?

• Lực tác dụng lên pit-tông: Pit-tông chịu tác dụng của ba lực:
  • Lực đẩy của khí bên trong xilanh
  • Lực nén của khí quyển
  • Trọng lực của vật đặt trên pit-tông
• Điều kiện cân bằng: Để pit-tông di chuyển đều thì tổng các lực tác dụng lên nó phải bằng không. Điều này có nghĩa là lực đẩy của khí bên trong xilanh phải bằng tổng của trọng lực và áp lực của khí quyển.
• Áp suất của khí: Do tiết diện của xilanh không đổi nên khi thể tích khí tăng lên thì áp suất của khí sẽ giảm đi. Tuy nhiên, do trọng lực của vật và áp suất khí quyển không đổi nên áp suất của khí bên trong xilanh cũng phải giữ không đổi để cân bằng lực.

c) Chứng minh quá trình là đẳng áp

Như đã phân tích ở câu b), áp suất của khí trong xilanh luôn không đổi và bằng tổng áp suất khí quyển và áp suất do trọng lực pittong gây ra. Đây chính là đặc trưng của quá trình đẳng áp.

d) Tính công do khí thực hiện

• Công thức tính công trong quá trình đẳng áp: A = P.ΔV
• Độ biến thiên thể tích: ΔV = V₂ - V₁ = 0,00654 m³ - 0,006 m³ = 5,4.10⁻⁵ m³
• Áp suất: P = P₀ + (mg)/S = 1,01.10⁵ N/m² + (100 kg . 9,8 m/s²)/0,01 m² ≈ 1,09.10⁵ N/m²
• Công: A = 1,09.10⁵ N/m² . 5,4.10⁻⁵ m³ ≈ 588,6 J

V₁/T₁ = V₂/T₂