Định luật khí lý tưởng: Áp suất, thể tích và nhiệt độ
1 · Dự đoán
Một lượng khí nhất định được đựng trong một bình cứng. Nếu bạn làm nóng nó lên, điều gì xảy ra với áp suất của nó?
- Áp suất giảm khi nhiệt độ tăng.
- Áp suất tăng tỷ lệ thuận với nhiệt độ.
- Áp suất không phụ thuộc vào nhiệt độ.
2 · Thiết lập
- Mở cài đặt trước hộp cát khí lý tưởng và nhấn Đặt lại. 1 mol argon lấp đầy một thể tích cố định 0,0249 m³.
- Kích hoạt tính năng đọc áp suất trên buồng.
- Đặt nhiệt độ khí cho mỗi lần thử và ghi lại áp suất.
3 · Thu thập dữ liệu
| Nhiệt độ T (K) | Nội năng U (J) | Áp suất P (kPa) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 450.00 | ||
| 600.00 |
Vẽ biểu đồ áp suất P (trục y) theo nhiệt độ T (trục x) cho ba lần thử của bạn. Đường thẳng có đi qua gốc tọa độ không?
4 · Phân tích
- Đối với một lần thử, hãy tính P = nRT/V bằng n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), V = 0.0249 m³. So sánh với bảng.
- Giải thích tại sao khi thể tích và lượng khí cố định thì áp suất và nhiệt độ tuyệt đối tỉ lệ thuận với nhau.
5 · Gia hạn
- Định luật khí lý tưởng yêu cầu nhiệt độ tính bằng kelvin, không phải độ C. Giải thích tại sao việc sử dụng độ C (cho phép giá trị âm và 0) sẽ phá vỡ tỷ lệ trực tiếp mà bạn tìm thấy.
- Cột năng lượng bên trong của bạn cũng tăng theo nhiệt độ, với thể tích cố định. Giải thích, sử dụng U = (f/2)nRT, tại sao đun nóng một lượng khí cố định ở thể tích không đổi lại làm tăng cả áp suất và nội năng của nó.
Vật lý đằng sau thí nghiệm này
Định luật khí lý tưởng
Với n mol khí lý tưởng, áp suất, thể tích và nhiệt độ liên kết với nhau bởi P·V = n·R·T. Ở mức n và V cố định, áp suất tăng tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.
Nội năng của khí lý tưởng
Nội năng của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ (và bậc tự do f) của nó, không phụ thuộc riêng vào áp suất hay thể tích: U = (f/2)nRT.