Công thức định luật Charles lớp 12 (hay, chi tiết)

Bài viết Công thức định luật Charles lớp 12 trình bày đầy đủ công thức, ví dụ minh họa có lời giải chi tiết và các bài tập tự luyện giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm về Công thức định luật Charles từ đó học tốt môn Vật Lí 12.

Công thức định luật Charles lớp 12 (hay, chi tiết)

1. Công thức định luật Charles

Khi áp suất của một khối lượng khí xác định giữ không đổi thì thể tích của khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó:

$\frac{V}{T}=$ hằng số

Nếu gọi V₁, T₁ lần lượt là thể tích và nhiệt độ tuyệt đối ở trạng thái 1; V₂; T₂ lần lượt là thể tích và nhiệt độ tuyệt đối ở trạng thái 2 thì: $\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}$

2. Ví dụ minh họa công thức định luật Charles

Ví dụ 1: Một khối khí lí tưởng có nhiệt độ ở trạng thái ban đầu là 27 °C. Xác định nhiệt độ của khối khí sau khi đun nóng đẳng áp để thể tích của khối khí tăng lên gấp 3 lần?

A. 627 °C.                  

B. 2700 °C.                

C. 705 °C.                  

D. 900 °C.

Hướng dẫn:

Định luật Charles: $\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}$$\Rightarrow T_2=\frac{V_2}{V_1}{T}_1=3\left({27}^{°}+{273}^{°}\right)=900 \text{K}$$={627}^{°}\text{C}$

Ví dụ 2: Một khối khí xác định giãn nở đẳng áp từ nhiệt độ t₁ = 32 °C đến nhiệt độ t₂ =117 °C, thể tích khối khí tăng thêm 1,7 lít. Tìm thể tích khối khí trước khi giãn nở.

A. 2,6 lít.                    

B. 4,3 lít.                    

C. 2,1 lít.                    

D. 6,1 lít.

Hướng dẫn:

Định luật Charles: $\frac{V_1}{ {\text{T}}_1}=\frac{{\text{V}}_2}{ {\text{T}}_2}\Rightarrow \frac{{\text{V}}_2}{ {\text{V}}_1}=\frac{{\text{T}}_2}{ {\text{T}}_1}=\frac{{117}^{°}+{273}^{°}}{{32}^{°}+{273}^{°}}=\frac{78}{61}$

Kết hợp với $V_2-V_1=1,7$ lít $\Rightarrow V_1=6,1$ lít.

$\Rightarrow 1,013\cdot {10}^5\cdot 1$$=\left(1,013\cdot {10}^5+{10}^4\cdot 0,4\right)\cdot (1-x)$$\Rightarrow x\approx 0,038 \text{m}$$=3,8 \text{cm. }$

Ví dụ 3: Ở 27 °C thể tích của một lượng khí là 6 lít. Thể tích của lượng khí ở nhiệt độ 127 °C khi áp suất không đổi là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Trạng thái 1: $\left\{\begin{array}{l}{\text{V}}_1=6 \text{L}\\ {\text{T}}_1=27+273=300 \text{K}\end{array}\right.$;

Trạng thái $2:\left\{\begin{array}{l}{\text{V}}_2=?\\ {\text{T}}_2=273+127=400 \text{K}\end{array}\right.$ 

Định luật Charles: $\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}\Rightarrow V_2=\frac{T_2{V}_1}{T_1}=\frac{400.6}{300}=8$ lít.

3. Bài tập tự luyện công thức định luật Charles

Câu 1. Biểu thức nào sau đây không phù hợp với nội dung của định luật Charles

A. $\frac{V}{T}=$ hằng số.            

B. $\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}.$                

C. $V=V_0(1+\alpha t).$   

D. $V~\frac{1}{ \text{T}}.$

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là D

Định luật Charles cho biết V và T tỉ lệ thuận.

Câu 2. Đồ thị nào sau đây không phù hợp với quá trình đẳng áp?

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là C

A – đúng, biểu diễn theo thang nhiệt độ C thì phải có đường nét đứt ở phần âm của trục Ot.

B – đẳng áp

C – đẳng tích

D – đúng, biểu diễn theo thang độ K thì gốc đồ thị xuất phát từ gốc toạ độ.

Câu 3. Trong hiện tượng nào sau đây có quá trình đẳng áp của một lượng khí xác định?

A. Thổi không khí vào một quả bóng bay.

B. Quả bóng bàn bị bẹp nhúng vào nước nóng, phồng lên như cũ.

C. Không khí trong một xi lanh đặt nằm ngang có áp suất bằng áp suất khí quyển bên ngoài, được đun nóng thì đẩy pit-tông chuyển động không ma sát trong xi lanh.

D. Không khí trong một xi lanh đặt thẳng đứng được đun nóng đẩy pit-tông chuyển động nhanh dần.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là C

Câu 4. Nội dung của câu nào sau đây không phù hợp với định luật Charles?

A. Trong quá trình đẳng áp, thể tích của một lượng khí xác định tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối.

B. Hệ số nở đẳng áp của mọi chất khí đều bằng $\frac{1}{273}$.

C. Đường biểu diễn quá trình đẳng áp trong hệ toạ độ (V – T) là đường thẳng đi qua gốc toạ độ.

D. Trong quá trình đẳng áp, khi nhiệt độ tăng từ 20 °C lên 40 °C thì thể tích khí tăng lên gấp đôi.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là D

V tỉ lệ thuận với T (K) chứ không tỉ lệ thuận với t (^oC).

Câu 5. Khi tăng nhiệt độ của một lượng khí từ 32 °C lên 117 °C và giữ áp suất khí không đổi thì thể tích khí tăng thêm 1,7 lít. Tính thể tích lượng khí trước và sau khi tăng nhiệt độ.

Hướng dẫn:

$\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}\Rightarrow \frac{V_1}{32+273}=\frac{V_1+1,7}{117+273}\Rightarrow$V₁ = 6,1 lít; V₂ = 7,8 lít.

Câu 6. Một xi lanh đặt nằm ngang chứa 100 cm³ khí ở nhiệt độ 27 °C, dưới áp suất bằng áp suất khí quyển bên ngoài. Người ta đun nóng bình lên đến 57 °C cho xi lanh chuyển động gần như đều. Coi ma sát giữa xi lanh và pit-tông không đáng kể.

1. Tính thể tích khí trong xi lanh ở 57 °C.

2. Vẽ đồ thị biểu diễn quá trình trên theo toạ độ (V – T) và (p - V).

Hướng dẫn:

1. Quá trình biến đổi trạng thái của khí là đẳng áp với áp suất luôn bằng áp suất của khí quyển. $\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}\Rightarrow \frac{100}{27+273}=\frac{V_2}{57+273}$$\Rightarrow V_2=110c{m}^3.$

2.

– Đồ thị 1 là đường thẳng có đường kéo dài qua gốc toạ độ.

– Đồ thị 2 là đường thẳng song song với trục hoành.

Xem thêm các bài viết về công thức Vật Lí 12 sách mới hay, chi tiết khác:

• Công thức định luật Boyle

• Công thức phương trình trạng thái khí lí tưởng

• Công thức phương trình Clapeyron

• Công thức áp suất chất khí theo mô hình động học phân tử

• Công thức lực từ

• Công thức cảm ứng từ do các dòng điện đặc biệt gây ra

---