Bài 9: Định luật Boyle

1. Kiến thức trọng tâm

• Quá trình đẳng nhiệt là quá trình biến đổi trạng thái của một khối lượng khí xác định khi nhiệt độ không đổi.
• Định luật Boyle: Trong quá trình đẳng nhiệt của một khối lượng khí xác định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích: $pV = \text{hằng số}$, hay $p_1V_1 = p_2V_2$.
• Trên đồ thị, đường biểu diễn quá trình đẳng nhiệt trong hệ toạ độ $(p, V)$ là một đường hypebol gọi là đường đẳng nhiệt. Nhiệt độ càng cao, đường đẳng nhiệt càng xa gốc toạ độ.
• Trong hệ toạ độ $(p, T)$ hoặc $(V, T)$, quá trình đẳng nhiệt được biểu diễn bằng một đoạn thẳng vuông góc với trục nhiệt độ.
• Định luật Boyle được giải thích bằng mô hình động học phân tử: khi nhiệt độ không đổi, tốc độ trung bình của các phân tử không đổi. Nếu thể tích giảm, mật độ phân tử tăng, số lần va chạm với thành bình tăng nên áp suất tăng, và ngược lại.
• Định luật Boyle chỉ đúng với khí lí tưởng, nhưng khí thực ở nhiệt độ cao và áp suất thấp cũng tuân theo gần đúng.
• Trong thực tế, định luật Boyle được ứng dụng trong bơm xe, bình nén khí, xi lanh và các thiết bị khí nén.

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ: Một khối khí ở áp suất $2,atm$ có thể tích $4,lít$. Nén đẳng nhiệt khối khí đến thể tích $2,lít$. Tính áp suất của khối khí sau khi nén.

Lời giải: Áp dụng định luật Boyle: $p_1V_1 = p_2V_2$, suy ra $p_2 = \frac{p_1V_1}{V_2} = \frac{2 \times 4}{2} = 4,atm$. Vậy áp suất của khối khí sau khi nén là $4,atm$.

3. Ghi nhớ

• Quá trình đẳng nhiệt: nhiệt độ không đổi.
• Định luật Boyle: $pV = \text{hằng số}$, hay $p_1V_1 = p_2V_2$.
• Đường đẳng nhiệt trong hệ $(p, V)$ là đường hypebol; nhiệt độ càng cao, đường càng xa gốc toạ độ.