Để giải bài toán này, chúng ta sẽ sử dụng định luật Boyle-Mariotte và định luật Charles.
### Dữ liệu đã cho:
- Nhiệt độ ban đầu \( T_1 = 27,0^\circ C = 300 K \)
- Áp suất ban đầu \( P_1 = 1,013 \times 10^5 \, \text{Pa} \)
- Thể tích ban đầu \( V_1 \) (không khí bên ngoài lốp)
- Thể tích khí trong lốp giảm 80% so với thể tích ban đầu, tức là \( V_2 = 0,2 V_1 \)
- Nhiệt độ trong lốp sau khi bơm \( T_2 = 40,0^\circ C = 313 K \)
### a) Tính áp suất khí trong lốp sau khi bơm
Áp dụng định luật Boyle-Mariotte và định luật Charles:
\[
\frac{P_1 V_1}{T_1} = \frac{P_2 V_2}{T_2}
\]
Thay \( V_2 = 0,2 V_1 \):
\[
\frac{P_1 V_1}{T_1} = \frac{P_2 (0,2 V_1)}{T_2}
\]
Rút gọn \( V_1 \):
\[
\frac{P_1}{T_1} = \frac{0,2 P_2}{T_2}
\]
Từ đó, ta có:
\[
P_2 = \frac{P_1 T_2}{0,2 T_1}
\]
Thay các giá trị vào:
\[
P_2 = \frac{(1,013 \times 10^5) \times 313}{0,2 \times 300}
\]
Tính toán:
\[
P_2 = \frac{(1,013 \times 10^5) \times 313}{60} \approx 5,28 \times 10^5 \, \text{Pa}
\]
### b) Kết quả
Áp suất khí trong lốp là \( P_2 \approx 5,28 \times 10^5 \, \text{Pa} \).
### c) Tính áp suất mới khi nhiệt độ tăng lên \( 75,0^\circ C \)
Khi nhiệt độ tăng lên \( T_3 = 75,0^\circ C = 348 K \) và thể tích khí tăng lên 102% so với thể tích khi lốp ở \( 40,0^\circ C \):
\[
V_3 = 1,02 \times V_2 = 1,02 \times 0,2 V_1 = 0,204 V_1
\]
Áp dụng lại định luật Boyle-Mariotte và Charles:
\[
\frac{P_2 V_2}{T_2} = \frac{P_3 V_3}{T_3}
\]
Thay \( V_2 \) và \( V_3 \):
\[
\frac{P_2 (0,2 V_1)}{T_2} = \frac{P_3 (0,204 V_1)}{T_3}
\]
Rút gọn \( V_1 \):
\[
\frac{P_2 \cdot 0,2}{T_2} = \frac{P_3 \cdot 0,204}{T_3}
\]
Từ đó, ta có:
\[
P_3 = \frac{P_2 \cdot 0,2 \cdot T_3}{0,204 \cdot T_2}
\]
Thay các giá trị vào:
\[
P_3 = \frac{(5,28 \times 10^5) \cdot 0,2 \cdot 348}{0,204 \cdot 313}
\]
Tính toán:
\[
P_3 \approx 5,76 \times 10^5 \, \text{Pa}
\]
### d) Tỉ số giữa thể tích khí sau khi đưa vào trong lốp và thể tích khí ở ngoài lốp
Tỉ số này được tính như sau:
\[
\text{Tỉ số} = \frac{V_2}{V_1} = 0,2
\]
### Kết luận
- Áp suất khí trong lốp sau khi bơm là \( 5,28 \times 10^5 \, \text{Pa} \).
- Áp suất mới khi nhiệt độ tăng lên \( 75,0^\circ C \) là \( 5,76 \times 10^5 \, \text{Pa} \).
- Tỉ số giữa thể tích khí sau khi đưa vào trong lốp và thể tích khí ở ngoài lốp là \( 0,2 \).