Bao Tien
Phân tích bài toán: Bài toán yêu cầu tìm mối liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ của một lượng khí xác định khi áp suất không đổi. Đây là nội dung của định luật Charles. Định luật này phát biểu rằng ở áp suất không đổi, thể tích của một lượng khí tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó.
Công thức của định luật Charles là:V1T1=V2T2
T1
V1
=T2
V2
trong đó:
- V1,V2
- V1
- ,V2
- là thể tích của khối khí ở trạng thái 1 và trạng thái 2.
- T1,T2
- T1
- ,T2
- là nhiệt độ tuyệt đối (đo bằng Kelvin) của khối khí ở trạng thái 1 và trạng thái 2.
Vì xi lanh có dạng hình trụ tròn và mặt pittông phẳng, ta có thể coi thể tích khí tỷ lệ thuận với khoảng cách từ mặt dưới của pittông đến đáy xi lanh. Gọi tiết diện của xi lanh là A
A.
Các bước giải:
- Chuyển đổi nhiệt độ ban đầu sang Kelvin: Nhiệt độ ban đầu T1=26,3∘C
- T1
- =26,3∘
- C. Để sử dụng trong định luật khí lý tưởng, ta cần chuyển sang Kelvin: T1=26,3+273,15=299,45,K
- T1
- =26,3+273,15=299,45,K
- Xác định thể tích ban đầu và thể tích cuối cùng: Khoảng cách ban đầu của pittông: d1=15,cm
- d1
- =15,cm. Thể tích ban đầu V1=A×d1=A×15,cm
- V1
- =A×d1
- =A×15,cm. Khoảng cách cuối cùng của pittông: d2=18,cm
- d2
- =18,cm. Thể tích cuối cùng V2=A×d2=A×18,cm
- V2
- =A×d2
- =A×18,cm.
- Áp dụng định luật Charles: Ta có tỉ lệ thể tích: V1V2=A×15A×18=1518
- V2
-
- V1
-
- =A×18
- A×15
- =18
- 15
- . Theo định luật Charles: V1T1=V2T2
- T1
-
- V1
-
- =T2
-
- V2
-
- . Suy ra: T2T1=V2V1
- T1
-
- T2
-
- =V1
-
- V2
-
- . Hoặc T2T1=1815
- T1
-
- T2
-
- =15
- 18
- .
- Tính nhiệt độ cuối cùng T2
- T2
- : T2=T1×1815
- T2
- =T1
- ×15
- 18
- T2=299,45,K×1815
- T2
- =299,45,K×15
- 18
- T2=299,45,K×1,2
- T2
- =299,45,K×1,2 T2=359,34,K
- T2
- =359,34,K
- Chuyển đổi nhiệt độ cuối cùng sang độ Celsius: T2(∘C)=T2(K)−273,15
- T2
- (∘
- C)=T2
- (K)−273,15 T2(∘C)=359,34−273,15
- T2
- (∘
- C)=359,34−273,15 T2(∘C)=86,19,∘C
- T2
- (∘
- C)=86,19,∘
- C
- Làm tròn kết quả đến hàng đơn vị: 86,19,∘C≈86,∘C
- 86,19,∘
- C≈86,∘
- C
Kết luận: Nhiệt độ đo được khi mặt dưới của pittông cách đáy xi lanh 18 cm là 86,∘C
86,∘
C.