Vật lý 12 Kết nối tri thức bài 11

Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng

Vật lý 12 Kết nối tri thức bài 11 – Phương trình trạng thái của khí lí tưởng là một trong những nội dung nền tảng của chương Nhiệt học, giúp học sinh hiểu mối quan hệ giữa áp suất, thể tích và nhiệt độ của một lượng khí xác định. Trong bài viết này, chúng tôi cung cấp phần giải SGK Vật lý 12 Kết nối tri thức bài 11 chi tiết, dễ hiểu, kèm tóm tắt lý thuyết, công thức trọng tâm và hướng dẫn giải bài tập theo từng bước. Đây là tài liệu hữu ích giúp học sinh lớp 12 nắm vững kiến thức, ôn tập hiệu quả và tự tin chinh phục các bài kiểm tra cũng như kỳ thi tốt nghiệp THPT. 

Vật lý 12 Kết nối tri thức bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng được chúng tôi sưu tầm và xin gửi tới bạn đọc cùng tham khảo để có thêm tài liệu giải SGK Vật lí 12 Kết nối tri thức nhé. Mời các bạn cùng theo dõi bài viết dưới đây

Lời giải:

Định luật Boyle và Charles chỉ xác định mối liên hệ giữa hai cặp thông số trạng thái (áp suất, thể tích và nhiệt độ) của một khối lượng khí xác định. Để xác định mối liên hệ của cả ba thông số, ta cần sử dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng:

pV = nRT

I. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng

Hoạt động trang 45 Vật lí 12 Kết nối tri thức

Hãy dựa vào các định luật Boyle, Charles và Hình 11.1 về quá trình chuyển trạng thái của một khối lượng khí xác định để lập phương trình dưới đây về mối liên hệ giữa ba thông số trạng thái của một khối lượng khí xác định:

\(\frac{{{p_1}{V_1}}}{{{T_1}}} = \frac{{{p_2}{V_2}}}{{{T_2}}} \Rightarrow \frac{{p.V}}{T}\) =  hằng số 

Độ lớn của hằng số trên phụ thuộc vào lượng khí ta xét.

Lời giải:

Định luật Boyle: \({p_1}{V_1} = {p_2}{V_2} \Rightarrow {V_2} = \frac{{{p_1}{V_1}}}{{{T_1}}}\) (Khi \({T_1}\) = hằng số)

Định luật Charles: \(\frac{{{V_1}}}{{{T_1}}} = \frac{{{V_2}}}{{{T_2}}} \Rightarrow {V_2} = \frac{{{T_2}{V_1}}}{{{T_1}}}\) (Khi p = hằng số)

Hình 11. 1:

Quá trình biến đổi trạng thái từ \(\left( {{p_1};{V_1};{T_1}} \right)\) sang \(\left( {{p_2};{V_2};{T_2}} \right)\)

\(\frac{{{p_1}{V_1}}}{{{p_2}}} = \frac{{{V_1}{T_2}}}{{{T_1}}} \Rightarrow \frac{{{p_1}{V_1}}}{{{T_1}}} = \frac{{{p_2}{V_2}}}{{{T_2}}}\)

Lời giải:

Lập phương trình chứng tỏ quá trình chuyển trạng thái không phụ thuộc cách chuyển trạng thái:

- Cách biến đổi trạng thái khác trong Hình 11.1:

+ Chọn trạng thái trung gian (1') với áp suất p' và thể tích V₂.

+ Áp dụng định luật Boyle cho quá trình đẳng nhiệt (1) → (1'): p₁V₁ = p'V₂

+ Áp dụng định luật Charles cho quá trình đẳng áp (1') → (2): V₂/T₁ = V₂/T₂

Thay V₂ từ hai phương trình trên vào nhau:

So sánh với phương trình (11.1):

Ta thấy hai phương trình có dạng tương tự nhau, chỉ khác nhau ở ký hiệu áp suất (p' thay cho p₂).

Lời giải:

Lý do không gọi phương trình (11.1) là phương trình trạng thái của chất khí:

- Lý do không gọi phương trình (11.1) là phương trình trạng thái của chất khí:

+ Phương trình (11.1) chỉ áp dụng cho khí lí tưởng.

+ Khí lí tưởng là khí giả định, có các tính chất: Các phân tử khí có kích thước bằng 0. Lực tương tác giữa các phân tử khí bằng 0. Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn, va chạm hoàn toàn đàn hồi.

+ Trên thực tế, không có khí nào hoàn toàn là khí lí tưởng.

+ Các khí thực đều có: Kích thước phân tử. Lực tương tác giữa các phân tử.

Do đó, phương trình (11.1) chỉ là phương trình trạng thái gần đúng của chất khí.

Lời giải:

Lời giải:

pV = nRT

Quá trình đẳng tích: Thể tích khí không đổi (V = const)

II. Vận dụng

Lời giải:

Ta có:

\({p_1}{V_1} = {p_2}{V_2} \Rightarrow 1,{02.10^5}V = 0,{3.10^5}V'\)

\(\Rightarrow V' = \frac{{1,{{02.10}^5}V}}{{0,{{3.10}^5}}} = 3,4V\)

\({R^3} = \frac{V}{{\frac{4}{3}\pi }} = \frac{{V'}}{{\frac{4}{3}\pi }}.\frac{1}{{3,4}} = 8,82\)\(\Rightarrow R = 2,066\left( m \right)\).

Hoạt động 2 trang 47 Vật lí 12 Kết nối tri thức

Túi khí. Trong ô tô, người ta thường đặt ở hệ thống tay lái một thiết bị nhằm bảo vệ người lái xe khi xe gặp tai nạn, gọi là "túi khí". Túi khí được chế tạo bằng vật liệu co giãn, chịu được áp suất lớn. Trong túi khí thường chứa chất NaN3 khi xe va chạm mạnh vào vật cản thì hệ thống cảm biến của xe sẽ kích thích chất rắn này làm nó phân hủy tạo thành Na và khí N2. Khí N2 được tạo thành có tác dụng làm phồng túi lên, giúp người lái xe không bị va chạm trực tiếp vào hệ thống lái (Hình 11.2).

a) Viết phương trình phân hủy NaN₃.

b) Tính lượng chất khí N2 được giải phóng khi xảy ra phản ứng phân hủy NaN3, biết trong túi chứa 100 g NaN3 và thể tích mol là 24,0 lít /mol.

c) Biết thể tích túi khí khi phồng lên có độ lớn tới 48 lít. Bỏ qua thể tích khí có trong túi trước khi phồng lên và thể tích của Na được tạo thành trong túi do phản ứng phân huỷ. Tính áp suất của khí N2 trong túi khí khi đã phồng lên, biết nhiệt độ là 30 °C.

Lời giải:

a) Ta có: \(2Na{N_3} \to Na + 3{N_2}\)

b)Ta có: \({n_{Na{N_3}}} = \frac{m}{M} = \frac{{100}}{{65}} = 1,54\left( {mol} \right)\)

\({n_{{N_2}}} = \frac{3}{2}{n_{Na{N_3}}} = 2,31\left( {mol} \right)\)

\({V_{{N_2}}} = {n_{{N_2}}}.{M_{{N_2}}} = 2,31.24 = 55,44\left( l \right)\)

c) Ta có: T = 30 + 273,15 = 303,15 K

\(pV = nRT \Leftrightarrow p = \frac{{nRT}}{V} = 1,27\left( {atm} \right)\)

>>> Bài tiếp theo: Vật lý 12 Kết nối tri thức bài 12

----------------------------------

FAQ – Vật lý 12 Kết nối tri thức bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng

1. Bài 11 Phương trình trạng thái của khí lí tưởng trong Vật lý 12 học những nội dung gì?

Bài học giúp học sinh tìm hiểu mối liên hệ giữa ba đại lượng đặc trưng của một lượng khí xác định là áp suất, thể tích và nhiệt độ tuyệt đối. Đồng thời, học sinh được vận dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng để giải thích các hiện tượng thực tế và giải bài tập định lượng.

2. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng là gì?

Phương trình trạng thái của khí lí tưởng biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất (p), thể tích (V) và nhiệt độ tuyệt đối (T) của một lượng khí không đổi:

\(\frac{pV}{T} = \text{hằng số}\)

Đây là công thức quan trọng thường xuyên xuất hiện trong chương trình Vật lý 12 và các đề kiểm tra, đề thi tốt nghiệp THPT.

3. Vì sao cần học bài Phương trình trạng thái của khí lí tưởng?

Bài học giúp học sinh hiểu bản chất của các quá trình biến đổi trạng thái của chất khí, rèn luyện kỹ năng phân tích hiện tượng vật lí và vận dụng công thức vào giải quyết các bài toán thực tế liên quan đến áp suất, nhiệt độ và thể tích của chất khí.

-----------------------------------------------

 Trên đây là nội dung giải SGK Vật lý 12 Kết nối tri thức bài 11 – Phương trình trạng thái của khí lí tưởng với phần lý thuyết trọng tâm, công thức cần nhớ và hướng dẫn giải bài tập chi tiết. Hy vọng tài liệu sẽ giúp học sinh lớp 12 học tốt phần Nhiệt học, rèn luyện kỹ năng giải bài tập và xây dựng nền tảng kiến thức vững chắc cho các kỳ kiểm tra cũng như kỳ thi tốt nghiệp THPT. Hãy lưu lại bài viết để ôn tập và tham khảo khi cần thiết.