Bài 10: Định luật Charles

1. Kiến thức trọng tâm

• Quá trình đẳng áp là quá trình biến đổi trạng thái của một khối lượng khí xác định khi áp suất không đổi.
• Định luật Charles: Trong quá trình đẳng áp của một khối lượng khí xác định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối: $\frac{V}{T} = \text{hằng số}$, hay $\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}$.
• Trong công thức của định luật Charles, nhiệt độ phải dùng nhiệt độ tuyệt đối, đơn vị kelvin ($K$). Khi dùng thang Celsius, cần đổi sang Kelvin theo công thức $T(K) = t(^{\circ}\mathrm{C}) + 273$.
• Trên đồ thị, đường biểu diễn quá trình đẳng áp trong hệ toạ độ $(V, T)$ là một đường thẳng đi qua gốc toạ độ, gọi là đường đẳng áp. Áp suất càng lớn, đường đẳng áp càng gần trục nhiệt độ.
• Định luật Charles được giải thích bằng mô hình động học phân tử: khi áp suất không đổi và nhiệt độ tăng, các phân tử chuyển động nhanh hơn, va chạm mạnh hơn với thành bình. Để giữ áp suất không đổi, thể tích phải tăng để giảm mật độ va chạm.
• Trong thực tế, định luật Charles giải thích hiện tượng khí cầu nóng bay lên, bóng bay nở ra khi trời nắng, và được ứng dụng trong các thiết bị đo nhiệt độ bằng khí.

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ: Một khối khí ở $27,^{\circ}\mathrm{C}$ có thể tích $6,lít$. Đun nóng đẳng áp khối khí đến $127,^{\circ}\mathrm{C}$. Tính thể tích của khối khí sau khi đun nóng.

Lời giải: Đổi sang nhiệt độ tuyệt đối: $T_1 = 27 + 273 = 300,K$, $T_2 = 127 + 273 = 400,K$. Áp dụng định luật Charles: $\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}$, suy ra $V_2 = \frac{V_1T_2}{T_1} = \frac{6 \times 400}{300} = 8,lít$.

3. Ghi nhớ

• Quá trình đẳng áp: áp suất không đổi.
• Định luật Charles: $\frac{V}{T} = \text{hằng số}$, hay $\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}$, với $T$ là nhiệt độ tuyệt đối.
• Đường đẳng áp trong hệ $(V, T)$ là đường thẳng qua gốc toạ độ.