12 giờ trước
Làm sao để có câu trả lời hay nhất?
12 giờ trước
12 giờ trước
Giải bài toán khinh khí cầu
Tóm tắt đề bài:
Khinh khí cầu cấp 7: Thể tích V = 338 m³, khối lượng vỏ m<sub>vỏ</sub> = 86 kg.
Nhiệt độ không khí bên ngoài T<sub>1</sub> = 27°C = 300 K, áp suất p = 1 atm.
Khối lượng mol của không khí M = 29.10⁻³ kg/mol.
Yêu cầu: Tìm nhiệt độ T<sub>2</sub> của không khí nóng để khí cầu bay lên.
Giải:
Nguyên lý hoạt động của khinh khí cầu:
Khinh khí cầu bay lên khi lực đẩy Ác-si-mét lớn hơn trọng lượng của khí cầu.
Lực đẩy Ác-si-mét phụ thuộc vào khối lượng của không khí bị khí cầu đẩy ra, tức là phụ thuộc vào khối lượng riêng của không khí nóng bên trong khí cầu.
Để tăng lực đẩy, ta cần làm giảm khối lượng riêng của không khí bên trong bằng cách tăng nhiệt độ.
Phương pháp giải:
Tính khối lượng của không khí lạnh bên trong khí cầu:
Sử dụng phương trình trạng thái của khí lý tưởng: PV = nRT
Từ đó suy ra số mol khí n, rồi tính khối lượng khí m = n.M
Tính khối lượng của không khí nóng cần thiết để khí cầu bay lên:
Lực đẩy Ác-si-mét bằng trọng lượng của không khí lạnh trừ đi trọng lượng của vỏ khí cầu và không khí nóng.
Để khí cầu bay lên, lực đẩy Ác-si-mét phải lớn hơn hoặc bằng trọng lượng của khí cầu.
Tính nhiệt độ của không khí nóng:
Sử dụng phương trình trạng thái của khí lý tưởng cho cả trường hợp không khí lạnh và không khí nóng, từ đó tìm được nhiệt độ T<sub>2</sub>.
Giải chi tiết:
Bước 1: Tính khối lượng của không khí lạnh bên trong khí cầu
Chuyển đổi đơn vị: 1 atm = 101325 Pa
Áp dụng phương trình trạng thái: PV = nRT => n = PV/RT = (101325 Pa * 338 m³) / (8.31 J/mol.K * 300 K) ≈ 13700 mol
Khối lượng không khí lạnh: m₁ = n.M = 13700 mol * 29.10⁻³ kg/mol ≈ 397 kg
Bước 2: Tính khối lượng của không khí nóng cần thiết
Gọi m₂ là khối lượng không khí nóng.
Để khí cầu bay lên: Lực đẩy Ác-si-mét ≥ Trọng lượng của khí cầu => (m₁ - m₂)g ≥ (m<sub>vỏ</sub> + m₂)g => m₁ ≥ m<sub>vỏ</sub> + 2m₂ => m₂ ≤ (m₁ - m<sub>vỏ</sub>)/2 = (397 kg - 86 kg)/2 = 155,5 kg
Bước 3: Tính nhiệt độ của không khí nóng
Gọi V là thể tích của khí cầu, không đổi.
Áp dụng phương trình trạng thái cho cả hai trường hợp:
Không khí lạnh: PV = n₁RT₁
Không khí nóng: PV = n₂RT₂
Từ đó suy ra: n₁/T₁ = n₂/T₂ => T₂ = T₁ * (n₂/n₁) => T₂ = 300 K * (m₂/m₁) ≈ 300 K * (155,5 kg / 397 kg) ≈ 117 K
Nếu bạn muốn hỏi bài tập
Các câu hỏi của bạn luôn được giải đáp dưới 10 phút
CÂU HỎI LIÊN QUAN
1 giờ trước
10 giờ trước
11 giờ trước
Top thành viên trả lời