Trọn bộ Công thức Vật Lí lớp 10 Chương 7: Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể quan trọng

---

---

Trọn bộ Công thức Vật Lí lớp 10 Chương 7: Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể quan trọng

Nhằm mục đích giúp học sinh dễ dàng nhớ và nắm vững các công thức Vật Lí lớp 10, VietJack biên soạn tài liệu trọn bộ công thức Vật Lí 10 Chương 7: Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể đầy đủ công thức quan trọng, lý thuyết và bài tập tự luyện giúp học sinh vận dụng và làm bài tập thật tốt môn Vật Lí lớp 10.

• Công thức tính ứng suất hay, chi tiết

• Công thức tính suất đàn hồi hay, chi tiết

• Công thức nở dài hay, chi tiết

• Công thức nở khối hay, chi tiết

• Công thức tính nhiệt nóng chảy hay, chi tiết

• Công thức tính nhiệt hóa hơi hay, chi tiết

• Công thức tính độ ẩm tỉ đối hay, chi tiết

• Công thức tính độ ẩm tuyệt đối hay, chi tiết

• Công thức tính độ ẩm cực đại hay, chi tiết

• Công thức tính lực căng bề mặt hay, chi tiết

• Công thức tính độ biến dạng tỉ đối hay, chi tiết

• Công thức tính độ cứng của thanh hay, chi tiết

---

---

---

Công thức tính ứng suất hay, chi tiết

1. Khái niệm

- Biến dạng cơ của vật rắn là sự thay đổi kích thước và hình dạng của vật rắn do tác dụng của ngoại lực. Tùy thuộc độ lớn của lực tác dụng, biến dạng của vật rắn có thể là đàn hồi hoặc không đàn hồi.

- Ứng suất là đại lượng vật lý đặc trưng cho tác dụng nén hoặc kéo của lực F tác dụng dọc theo trục của một vật rắn đồng chất hình trụ có tiết diện S.

Ứng suất kéo trên một mẫu hình lập phương

2. Công thức

Trong đó:

      F: lực nén hoặc kéo (N)

      S: tiết diện của vật rắn hình trụ đồng chất (m²)

      σ: ứng suất của vật rắn (N/m² hoặc Pa)

3. Kiến thức mở rộng

- Gọi l₀ là độ dài của thanh khi không có lực kéo (hay nén)

l là độ dài của thanh khi có lực kéo (hay nén)

∆l = |l -l₀| là độ biến dạng của thanh

=> Độ biến dạng tỉ đối của thanh:

- Trong giới hạn đàn hồi, độ biến dạng tỉ đối của vật rắn đồng chất, hình trụ tỉ lệ thuận với ứng suất tác dụng vào vật đó.

Với α là hệ số tỉ lệ phụ thuộc chất liệu của vật rắn

- Biến dạng tỉ đối ε của thanh rắn (bị kéo hoặc nén) không chỉ phụ thuộc độ lớn của lực tác dụng  mà còn phụ thuộc tiết diện ngang S của thanh đó.

+ Nếu càng lớn và S càng nhỏ thì ε càng lớn, tức là mức độ biến dạng của thanh rắn càng lớn.

+ Nếu càng nhỏ và S càng lớn thì ε càng nhỏ, tức là mức độ biến dạng của thanh rắn càng nhỏ.

- Từ công thức độ biến dạng tỉ đối của vật rắn, trên ta có thể tính:

+ Ứng suất:

   Với là suất đàn hồi hay suất Y-âng đặc trưng cho tính đàn hồi của vật rắn (Pa hoặc N/m²)

- Áp dụng định luật III Niu-Ton và công thức ứng suất, độ lớn của lực đàn hồi F_đh là:

Với  là độ cứng (hay hệ số đàn hồi của vật rắn) phụ thuộc chất liệu và kích thước của vật đó (N/m)

- Từ các công thức trên, ta có thể tính:

4. Ví dụ minh họa

Bài 1: Một đèn chùm có khối lượng 120kg được treo bằng một sợi dây nhôm với giới hạn bền của nhôm là 1,1.10⁸ Pa. Dây treo phải có tiết diện ngang là bao nhiêu để ứng suất kéo gây bởi trọng lượng của vật không vượt quá 20% giới hạn bền của vật liệu làm dây? Cho E_nhôm = 7.10⁷ Pa và lấy g = 10m/s². 

Lời giải

Trọng lượng của vật: P = mg = 120.10 = 1200N

Ứng suất kéo gây bởi trọng lượng của đèn chùm:

Bài 2: Một dây cáp của cần cẩu chỉ chịu được ứng suất kéo không quá 60.10⁶ Pa. Hỏi dây cáp này phải có đường kính nhỏ nhất bằng bao nhiêu để nó có thể kéo một vật trọng lượng 25 kN.

Lời giải

Vì dây cáp của cần cẩu chỉ chịu được ứng suất kéo:

Đường kính nhỏ nhất của dây cáp bằng:

Công thức tính suất đàn hồi hay, chi tiết

1. Khái niệm

- Biến dạng cơ của vật rắn là sự thay đổi kích thước và hình dạng của vật rắn do tác dụng của ngoại lực. Tùy thuộc độ lớn của lực tác dụng, biến dạng của vật rắn có thể là đàn hồi hoặc không đàn hồi.

- Khi chịu tác động của một ứng suất kéo hoặc nén (lực tác động trên một đơn vị diện tích), một vật phản ứng bằng cách biến dạng theo tác dụng của lực dãn ra hoặc nén lại. Trong một giới hạn biến dạng nhỏ, độ biến dạng này tỷ lệ thuận với ứng suất tác động. Hệ số tỷ lệ này gọi là suất đàn hồi.

2. Công thức

Trong đó:

 là suất đàn hồi hay suất Y- âng đặc trưng cho tính đàn hồi của vật rắn (Pa hoặc N/m²)

σ: ứng suất của vật rắn (N/m² hoặc Pa)

ε: độ biến dạng tỉ đối của vật rắn

α : hệ số tỉ lệ phụ thuộc chất liệu của vật rắn

3. Kiến thức mở rộng

- Bảng suất đàn hồi của một số chất rắn:

- Công thức tính ứng suất:

Trong đó:

      F: lực nén hoặc kéo (N)

      S: tiết diện của vật rắn hình trụ đồng chất (m²)

      σ: ứng suất của vật rắn (N/m² hoặc Pa)

- Gọi l₀ là độ dài của thanh khi không có lực kéo (hay nén)

l là độ dài của thanh khi có lực kéo (hay nén)

∆l = |l - l₀| là độ biến dạng của thanh

=> Độ biến dạng tỉ đối của thanh:

- Trong giới hạn đàn hồi, độ biến dạng tỉ đối của vật rắn đồng chất, hình trụ tỉ lệ thuận với ứng suất tác dụng vào vật đó.

Với α là hệ số tỉ lệ phụ thuộc chất liệu của vật rắn

- Biến dạng tỉ đối ε của thanh rắn (bị kéo hoặc nén) không chỉ phụ thuộc độ lớn của lực tác dụng  mà còn phụ thuộc tiết diện ngang S của thanh đó.

+ Nếu càng lớn và S càng nhỏ thì ε càng lớn, tức là mức độ biến dạng của thanh rắn càng lớn.

+ Nếu  càng nhỏ và S càng lớn thì ε càng nhỏ, tức là mức độ biến dạng của thanh rắn càng nhỏ.

- Áp dụng định luật III Niu-ton và công thức ứng suất, ta có độ lớn của lực đàn hồi F_đh là:

Với  là độ cứng (hay hệ số đàn hồi của vật rắn) (N/m)

- Suất đàn hồi còn được tính bằng công thức:

- Từ công thức suất đàn hồi, ta có thể tính:

4. Ví dụ minh họa

Bài 1: Một sợi dây kim loại dài 1,8m và có đường kính 0,8mm. Người ta dùng nó để treo một vật nặng. Vật này tạo nên một lực kéo dây bằng 25N và làm dây dài thêm một đoạn bằng 1mm. Xác định suất đàn hồi của kim loại đó?

Lời giải:

 

Suất đàn hồi của kim loại được xác định qua công thức:

Bài 2: Một thanh đồng có đường kính d = 20 mm. Xác định độ biến dạng nén tỉ đối của thanh này khi hai đầu của nó chịu tác dụng của một lực nén F = 94,2 kN. Cho biết suất đàn hồi của đồng là 11,8.10¹⁰ Pa.

Lời giải

Công thức nở dài hay, chi tiết

1. Khái niệm

- Sự nở vì nhiệt của vật rắn là sự tăng kích thước của vật rắn khi nhiệt độ tăng do bị nung nóng.

-  Sự tăng độ dài của vật rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở dài vì nhiệt. Trong thực tế, người ta khảo sát sự nở dài bằng cách khảo sát sự thay đổi chiều dài của một thanh rắn theo nhiệt độ, mà không quan tâm đến sự thay đổi tiết diện ngang của thanh.

Sự co dãn vì nhiệt khi bị ngăn cản có thể gây ra những lực rất lớn.

2. Công thức

Độ nở dài Δl của vật rắn đồng chất tỉ lệ thuận với độ tăng nhiệt độ Δt và độ dài ban đầu ℓ₀ của vật đó. 

Trong đó:

+  là độ nở dài của vật rắn (m)

+  ℓ₀ là chiều dài của vật rắn ở nhiệt độ t_o (m)

+   ℓ là chiều dài của vật rắn ở nhiệt độ t(m)

+ α là hệ số nở dài của vật rắn, phụ thuộc vào chất liệu vật rắn (K⁻¹)

+  ∆t = t - t₀ là độ tăng nhiệt độ của vật rắn (°C hay K)

+ t₀ là nhiệt độ đầu (°C hay K)

+ t là nhiệt độ sau(°C hay K)

3. Kiến thức mở rộng

- Bảng hệ số nở dài của một số chất rắn:

- Biến dạng tỉ đối:

Trong đó: ε là biến dạng tỉ đối của vật rắn

∆t = t - t₀ là độ tăng nhiệt độ của vật rắn (°C hay K)

α là hệ số nở dài của vật rắn, phụ thuộc vào chất liệu vật rắn (K⁻¹)

- Từ công thức hệ số nở dài, ta có thể tính:

+ Chiều dài của vật rắn ở nhiệt độ t:

+ Chiều dài của vật rắn ở nhiệt độ t₀:

+ Hệ số nở dài:

+ Độ tăng nhiệt độ:

- Công thức liên hệ giữa hệ số nở dài và hệ số nở khối: 

β = 3α

Trong đó, β là hệ số nở khối của vật rắn (K⁻¹)

- Sự thay đổi khối lượng riêng:

   Trong đó: D₀ là khối lượng riêng ban đầu (kg/m³)

D₁ là khối lượng riêng lúc sau (kg/m³)

α là hệ số nở dài của vật rắn, phụ thuộc vào chất liệu vật rắn (K⁻¹)

∆t = t - t₀  là độ tăng nhiệt độ của vật rắn (°C hay K)

4. Ví dụ minh họa

Bài 1:Một thanh ray dài 10m được lắp lên đường sắt ở nhiệt độ 20°C. Phải để hở một khe ở đầu thanh ray với bề rộng là bao nhiêu để khi nhiệt độ tăng lên 50°C thì vẫn đủ chỗ cho thanh ray nở ra. Biết hệ số nở dài của chất làm thanh ray là 12.10⁻⁶K⁻¹.

Lời giải

Vậy phải để hở đầu thanh ray: 3,6mm

Bài 2:Một thanh nhôm và một thanh thép ở 0°C có cùng độ dài là ℓ₀. Khi đun nóng tới 100°C thì độ dài của hai thanh chênh nhau 0,5mm. Hỏi độ dài ℓ₀ của 2 thanh này ở 0°C là bao nhiêu?. Biết

Lời giải

Công thức nở khối hay, chi tiết

1. Khái niệm

- Sự nở vì nhiệt của vật rắn là sự tăng kích thước của vật rắn khi nhiệt độ tăng do bị nung nóng.

- Sự tăng thể tích của vật rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở khối.

Trong thực tế, người ta khảo sát sự nở dài bằng cách khảo sát sự thay đổi chiều dài của một thanh rắn theo nhiệt độ, mà không quan tâm đến sự thay đổi tiết diện ngang của thanh. Trong các bảng số vật lí người ta ghi hệ số nở dài, chứ không ghi hệ số nở khối của chất rắn.

2. Công thức

Độ nở khối của vật rắn đồng chất tỉ lệ thuận với độ tăng nhiệt độ Δt và thể tích ban đầu V₀ của vật đó. 

Trong đó:

+  ∆V = V - V₀ là độ nở khối của vật rắn (m³)

+ V₀ là thể tích của vật rắn ở nhiệt độ t_o(m³)

+ V là thế tích của vật rắn ở nhiệt độ t(m³)

+ β là hệ số nở khối, β = 3α (K⁻¹).

+ Δt = t – t₀ là độ tăng nhiệt độ của vật rắn (°C hay K)

+ t₀ là nhiệt độ đầu (°C hay K)

+ t là nhiệt độ sau(°C hay K)

3. Kiến thức mở rộng

- Từ công thức hệ số nở khối, ta có thể tính:

- Công thức liên hệ giữa hệ số nở dài và hệ số nở khối: 

β = 3α

Trong đó, α là hệ số nở dài của vật rắn (K⁻¹)

- Sự thay đổi khối lượng riêng:

   Trong đó: D₀ là khối lượng riêng ban đầu (kg/m³)

D₁ là khối lượng riêng lúc sau (kg/m³)

β là hệ số nở khối (K⁻¹).

Δt = t – t₀ là độ tăng nhiệt độ của vật rắn (°C hay K)

4. Ví dụ minh họa

Bài 1:Một quả cầu bằng đồng thau có có đường kính 100cm ở nhiệt độ 25°C. Tính thể tích của quả cầu ở nhiệt độ 60°C. Biết hệ số nở dài

Lời giải

Bài 2:Tìm độ nở khối của một quả cầu nhôm bán kính 40cm khi nó được đun nóng từ 0°C đến 100°C. Biết .

Lời giải

Thể tích của quả cầu ở 0°C là:

Áp dụng công thức độ nở khối, ta được: 

Công thức tính nhiệt nóng chảy hay, chi tiết

1. Khái niệm

- Quá trình chuyển từ thể rắn sang thể lỏng của các chất gọi là sự nóng chảy.

- Nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy hoàn toàn một đơn vị khối lượng của một chất rắn kết tinh ở nhiệt độ nóng chảy gọi là nhiệt nóng chảy riêng.

- Nhiệt nóng chảy riêng của một chất rắn có độ lớn bằng nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy hoàn toàn 1 kg chất rắn đó ở nhiệt độ nóng chảy.

2. Công thức

Q = λm

Trong đó: λ là nhiệt nóng chảy riêng (J/kg)

m là khối lượng của chất rắn (kg)

 Q là nhiệtlượng cần cung cấp trong quá trình nóng chảy (J).

3. Kiến thức mở rộng

- Từ công thức trên, ta có thể tính:

- Bảng nhiệt độ nóng chảy riêng của một số chất rắn kết tinh:

- Đa số các chất rắn, thể tích của chúng tăng khi nóng chảy và giảm khi đông đặc.

+ Đối với nước đá, thể tích riêng của nó ở thể rắn lớn hơn ở thể lỏng nên cục nước đá nổi trên nước. 

- Mỗi chất rắn kết tinh (ứng với một cấu trúc tinh thể) có một nhiệt độ nóng chảy không đổi xác định ở mỗi áp suất cho trước. 

Nhiệt độ nóng chảy t_c của một số chất rắn kết tinh ở áp suất chuẩn.

- Các chất rắn vô định hình (thủy tinh, nhựa dẻo, sáp nến...) không có nhiệt độ nóng chảy xác định.

Quá trình nóng chảy của chất rắn kết tinh (đường 1) và của chất rắn vô định hình (đường 2)

- Nhiệt độ nóng chảy của chất rắn thay đổi phụ thuộc áp suất bên ngoài:

+ Đối với các chất có thể tích tăng khi nóng chảy, nhiệt độ nóng chảy của chúng tăng theo áp suất bên ngoài.

+ Đối với các chất có thể tích giảm khi nóng chảy, nhiệt độ nóng chảy của chúng giảm khi áp suất bên ngoài tăng.

- Công thức tính nhiệt lượng mà một lượng chất rắn hoặc chất lỏng thu vào hay tỏa ra khi nhiệt độ thay đổi:

Q = mc.∆t

 Trong đó: Q là nhiệt lượng thu vào hay tỏa ra (J)

m là khối lượng chất (kg)

c là nhiệt dung riêng của chất (J/kg.K)\

∆t là độ biến thiên nhiệt độ (^oC hoặc K)

4. Ví dụ minh họa

Bài 1: 2kg nước đá ở nhiệt độ 0⁰C cần nhiệt lượng cung cấp là bao nhiêu để chuyển lên nhiệt độ 60⁰C, biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.10⁵ J/kg.K.

Lời giải

Nhiệt lượng để 2 kg nước đá tan chảy hoàn toàn là: Q₁ = λm

Nhiệt lượng để 2 kg nước đá đó thay đổi từ 0⁰C lên 60⁰C là: Q₂ = mc.∆t

Vậy, nhiệt lượng cung cấp để 2 kg nước đá ở 0⁰C lên 60⁰C là: 

Bài 2: Người ta thả một cục nước đá khối lượng 80g ở 0^oC vào một cốc nhôm đựng 0,4kg nước ở 20^oC đặt trong nhiệt lượng kế. Khối lượng của cốc nhôm là 0,2 kg. Tính nhiệt độ của nước trong cốc nhôm khi cục nước vừa tan hết. Biết nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.10⁵J/kg, nhiệt dung riêng của nhôm là 880J/kg.K và của nước là 4200J/kg.K. Bỏ qua sự mất mát nhiệt độ do nhiệt truyền ra bên ngoài nhiệt lượng kế.

Lời giải

Gọi t là nhiệt độ của cốc nước khi cục đá tan hết.

Nhiệt lượng mà cục nước đá thu vào để tan thành nước ở t ⁰C là.

Nhiệt lượng mà cốc nhôm và nước tỏa ra cho nước đá là:

Áp dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng, ta có:

Công thức tính nhiệt hóa hơi hay, chi tiết

1. Khái niệm

- Quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hơi) ở bề mặt chất lỏng gọi là sự hóa hơi.

- Nhiệt hóa hơi riêng là nhiệt lượng cần truyền cho một đơn vị khối lượng chất lỏng để nó chuyển thành hơi ở một nhiệt độ xác định.

- Nhiệt hóa hơi riêng của một chất lỏng có độ lớn bằng nhiệt lượng cần cung cấp để làm bay hơi hoàn toàn 1 kg chất đó ở nhiệt độ sôi.

2. Công thức

Q = Lm

Trong đó:L là nhiệt hóa hơi riêng (J/kg)

m là khối lượng phần chất lỏng đã biến thành hơi (kg).

Q là nhiệt lượng chất lỏng nhận được trong quá trình hóa hơi (J)

3. Kiến thức mở rộng

- Từ công thức trên, ta có thể tính:

+ Nhiệt hóa hơi riêng:

+ Khối lượng phần chất lỏng đã biến thành hơi:

- Bảng nhiệt hóa hơi riêng của một số chất lỏng ở nhiệt độ sôi và áp suất chuẩn:

- Quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí xảy ra ở cả bên trong và trên bề mặt chất lỏng gọi là sự sôi.

+ Trong quá trình sôi, nhiệt độ của khối lỏng không đổi.

- Dưới áp suất chuẩn, mỗi chất lỏng sôi ở nhiệt độ xác định và không thay đổi.

Nhiệt độ sôi t_s của một số chất lỏng ở áp suất chuẩn.

- Nhiệt độ sôi của chất lỏng còn phụ thuộc áp suất chất khí ở phía trên bề mặt chất lỏng:

+ Áp suất chất khí càng lớn, nhiệt độ sôi càng cao.

+ Áp suất chất khí càng nhỏ, nhiệt độ sôi càng thấp.

Nhiệt độ sôi t_s của nước phụ thuộc áp suất.

- Bảng nhiệt hóa hơi của một số chất ở nhiệt độ sôi:

- Công thức tính nhiệt lượng mà một lượng chất rắn hoặc chất lỏng thu vào hay tỏa ra khi nhiệt độ thay đổi:

Q = mc.∆t

 Trong đó: Q là nhiệt lượng thu vào hay tỏa ra (J)

m là khối lượng chất (kg)

c là nhiệt dung riêng của chất (J/kg.K)

∆t là độ biến thiên nhiệt độ (^oC hoặc K)

4. Ví dụ minh họa

Bài 1: Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho 10kg nước ở 25 ⁰C chuyển thành hơi ở 100^oC. Cho biết nhiệt dung riêng của nước 4180J/kg.K và nhiệt hóa hơi riêng của nước là 2,3.10⁶J/kg.

Lời giải

Nhiệt lượng cần cung cấp cho 10 kg nước ở 25 ⁰C tăng lên 100⁰C là:

Q1 = mc.∆t = 3135 kJ

Nhiệt lượng cần cung cấp để 10kg nước ở 100⁰C chuyển thành hơi nước ở 100⁰C là:

Q₂ = L.m = 23000 kJ

Vậy, nhiệt lượng cần cung cấp cho 10kg nước ở 25⁰C chuyển thành hơi nước ở 100⁰C là:

Q = Q₁ + Q₂ = 26135 kJ

Bài 2:Lượng nước sôi có trong một chiếc ấm có khối lượng m = 300 g. Đun nước tới nhiệt độ sôi, dưới áp suất khí quyển bằng 1 atm. Cho nhiệt hóa hơi riêng của nước là 2,3.10⁶ J/kg. Nhiệt lượng cần thiết để có m’ = 100 g nước hóa thành hơi là bao nhiêu?

Lời giải

Nhiệt lượng cần thiết để có m’ = 100 g nước hóa thành hơi là:

Q = Lm’ = 2,3.10⁶.0,1 = 230.10³ J = 230 kJ.

Công thức tính độ ẩm tỉ đối hay, chi tiết

1. Khái niệm

- Độ ẩm tỉ đối cho biết mức độ ẩm của không khí tức còn bao nhiêu phần trăm nữa thì hơi nước trong không khí sẽ đạt đến giá trị bão hòa.

- Độ ẩm tỉ đối f của không khí trong khí quyển là đại lượng đo bằng tỉ số phần trăm giữa độ ẩm tuyệt đối a và độ ẩm cực đại A của không khí ở cùng nhiệt độ.

2. Công thức

Trong đó 

a: độ ẩm tuyệt đối (g/m³)

A: độ ẩm cực đại của không khí ở cùng nhiệt độ (g/m³)

f: độ ẩm tương đối (%)

3. Kiến thức mở rộng

- Từ công thức trên ta có thể tính:

+ Độ ẩm tuyệt đối a của không khí trong khí quyển là đại lượng đo bằng khối lượng hơi nước (tính ra gam) có trong 1 m³ không khí:

a = fA

+ Độ ẩm cực đại A của không khí ở một nhiệt độ nào đó là đại lượng có giá trị bằng khối lượng (tính ra gam) của hơi nước bão hòa chứa trong 1 m³ không khí ở nhiệt độ ấy:

- Áp suất của không khí được tạo nên từ áp suất của các khí khác nhau có trong không khí. Áp suất của riêng mỗi chất khí có trong không khí được gọi là áp suất riêng phần của khí đó.

+ Theo khí tượng học, độ ẩm tương đối f được tính gần đúng theo công thức:

Trong đó: 

p là áp suất riêng phần của hơi nước (mmHg)

p_bh: áp suất của hơi nước bão hòa trong không khí ở cùng 1 nhiệt độ (mmHg)

- Khối lượng hơi nước có trong phòng: 

m = a.V = f.A.V

Trong đó: a là độ ẩm tuyệt đối (g/m³)

V là thể tích của phòng (m³).

       f là độ ẩm tương đối (%)

-  Ý nghĩa độ ẩm tỉ đối cho ta biết mức độ ẩm của không khí. Không khí càng ẩm thì độ ẩm tỉ đối của nó càng cao.

- Dụng cụ đo độ ẩm: các loại ẩm kế như ẩm kế tóc, ẩm kế khô – ướt, ẩm kế điểm sương...

- Ảnh hưởng của độ ẩm không khí:

+ Độ ẩm tỉ đối của không khí càng nhỏ, sự bay hơi qua lớp da càng nhanh, thân người càng dễ bị lạnh.

* Ở 30 ⁰C, con người vẫn cảm thấy dễ chịu khi độ ẩm tỉ đối bằng khoảng 25% và cảm thấy nóng bức khi vượt quá 80%.

* Ở 18 ⁰C, con người cảm thấy lạnh khi độ ẩm tỉ đối là 25% và cảm thấy mát mẻ khi độ ẩm tỉ đối vượt quá 60%.

+ Độ ẩm tỉ đối cao hơn 80% tạo điều kiện cho cây cối phát triển nhưng lại dễ làm ẩm mốc, hư hỏng các máy móc, dụng cụ...

+ Để chống ẩm người ta phải thực hiện nhiều biện pháp như dùng chất hút ẩm, sấy nóng, thông gió...

Chất hút ẩm chống ẩm mốc hiệu quả (dùng cho thực phẩm)

4. Ví dụ minh họa

Bài 1: Ở nhiệt độ 30⁰C, độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm cực đại của không khí lần lượt là 24,24 g/m³ và 30,3 g/m³. Độ ẩm tương đối của không khí khi đó là bao nhiêu?

Lời giải

Bài 2: Khối lượng riêng của hơi nước bão hòa ở 20⁰C và 30⁰C lần lượt là 17 g/m³ và 30 g/m³. Gọi a₁, f₁ là độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm tương đối của không khí ở 20⁰C; a₂, f₂ là độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm tương đối của không khí ở 30⁰C. Biết 3a₁ = 2a₂. Tỉ số f₂/f₁ bằng bao nhiêu?

Lời giải

Công thức tính độ ẩm tuyệt đối hay, chi tiết

1. Khái niệm

Độ ẩm tuyệt đối a của không khí trong khí quyển là đại lượng đo bằng khối lượng hơi nước (tính ra gam) có trong 1 m³ không khí.

2. Công thức

a = fA

Trong đó 

a: độ ẩm tuyệt đối (g/m³)

A: độ ẩm cực đại của không khí ở cùng nhiệt độ (g/m³)

f: độ ẩm tương đối (%)

3. Kiến thức mở rộng

- Từ công thức trên ta có thể tính:

+ Độ ẩm tỉ đối f của không khí trong khí quyển là đại lượng đo bằng tỉ số phần trăm giữa độ ẩm tuyệt đối a và độ ẩm cực đại A của không khí ở cùng nhiệt độ.

+ Độ ẩm cực đại A của không khí ở một nhiệt độ nào đó là đại lượng có giá trị bằng khối lượng (tính ra gam) của hơi nước bão hòa chứa trong 1 m³ không khí ở nhiệt độ ấy:

- Trong không khí luôn có hơi nước, vì nước trên mặt Trái Đất hóa hơi. Lượng hơi nước trong không khí thay đổi theo vị trí, theo thời gian.

- Độ ẩm tuyệt đối sẽ thay đổi tùy thuộc vào áp suất của không khí thay đổi.

+ Vì khi áp suất không khí tăng lên là do nhiệt độ không khí tăng và khi nhiệt độ không khí tăng làm tăng lượng bốc hơi của nước lên để tạo thành hơi nước, nên độ ẩm tuyệt đối thay đổi.

- Áp suất của không khí được tạo nên từ áp suất của các khí khác nhau có trong không khí. Áp suất của riêng mỗi chất khí có trong không khí được gọi là áp suất riêng phần của khí đó.

+ Hơi nước trong không khí cũng được coi là một khí thành phần của không khí. Vì vậy, độ ẩm tuyệt đối còn được biểu thị bằng áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí.

Trong đó: 

p là áp suất riêng phần của hơi nước (mmHg)

p_bh: áp suất của hơi nước bão hòa trong không khí ở cùng 1 nhiệt độ (mmHg)

- Khối lượng hơi nước có trong phòng: 

m = a.V = f.A.V

Trong đó: a là độ ẩm tuyệt đối (g/m³)

V là thể tích của phòng (m³).

       f là độ ẩm tương đối (%)

4. Ví dụ minh họa

Bài 1: Không khí ở 25⁰ C có độ ẩm tương đối là 70% . Khối lượng hơi nước có trong 1m³ không khí là bao nhiêu? Biết độ ẩm cực đại của không khí ở 25⁰ C là 23g/m³.

Lời giải

Bài 2: Một căn phòng có thể tích 60m³, ở nhiệt độ 20⁰C và có độ ẩm tương đối là 80%. Tính lượng hơi nước có trong phòng, biết độ ẩm cực đại ở 20°C là 17,3 g/m³.

Lời giải

Công thức tính độ ẩm cực đại hay, chi tiết

1. Khái niệm

- Độ ẩm cực đại A của không khí ở một nhiệt độ nào đó là đại lượng có giá trị bằng khối lượng (tính ra gam) của hơi nước bão hòa chứa trong 1 m³ không khí ở nhiệt độ ấy.

- Áp suất hơi nước ở nhiệt độ đã cho không thể lớn hơn áp suất hơi bão hòa của nó ở nhiệt độ ấy. Vì thế độ ẩm tuyệt đối của không khí ở trạng thái bão hòa hơi nước có giá trị lớn nhất và được gọi là độ ẩm cực đại A.

2. Công thức

Trong đó 

a: độ ẩm tuyệt đối (g/m³)

A: độ ẩm cực đại của không khí ở cùng nhiệt độ (g/m³)

f: độ ẩm tương đối (%)

3. Kiến thức mở rộng

- Từ công thức trên ta có thể tính:

- Độ ẩm tỉ đối f của không khí trong khí quyển là đại lượng đo bằng tỉ số phần trăm giữa độ ẩm tuyệt đối a và độ ẩm cực đại A của không khí ở cùng nhiệt độ.

+ Độ ẩm tuyệt đối a của không khí trong khí quyển là đại lượng đo bằng khối lượng hơi nước (tính ra gam) có trong 1 m³ không khí:

a = fA

- Độ ẩm cực đại A có độ lớn bằng khối lượng riêng của hơi nước bão hòa tính theo đơn vị g/m³. Giá trị của A tăng theo nhiệt độ.

Áp suất hơi nước bão hòa  và khối lượng riêng  của nó

- Áp suất của không khí được tạo nên từ áp suất của các khí khác nhau có trong không khí. Áp suất của riêng mỗi chất khí có trong không khí được gọi là áp suất riêng phần của khí đó.

+ Hơi nước trong không khí cũng được coi là một khí thành phần của không khí. Vì vậy, độ ẩm cực đại còn được biểu thị bằng áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí.

Trong đó: 

p là áp suất riêng phần của hơi nước (mmHg)

p_bh: áp suất của hơi nước bão hòa trong không khí ở cùng 1 nhiệt độ (mmHg)

- Khối lượng hơi nước có trong phòng: 

m = a.V = f.A.V

Trong đó: a là độ ẩm tuyệt đối (g/m³)

V là thể tích của phòng (m³).

f là độ ẩm tương đối (%)

4. Ví dụ minh họa

Bài 1: Độ ẩm tỉ đối của không khí trong một bình kín dung tích 0,5m³ là 50%. Khi độ ẩm tỉ đối của không khí là 40% thì khối lượng hơi nước ngưng tụ là 1gam. Biết nhiệt trong bình là không đổi, thể tích hơi nước ngưng tụ trong bình không đáng kể. Tính độ ẩm cực đại của không khí trong bình.

Lời giải

Bài 2: Một căn phòng có thể tích 40 m³. Lúc đầu không khí trong phòng có độ ẩm 40%. Người ta cho nước bay hơi để tăng độ ẩm trong phòng lên tới 60%. Coi nhiệt độ bằng 20⁰C và không đổi, khối lượng riêng của hơi nước bão hòa ở 20⁰C là 17,3g/m³. Khối lượng nước đã bay hơi là bao nhiêu?

Lời giải

Công thức tính lực căng bề mặt hay, chi tiết

1. Khái niệm

- Hiện tượng căng bề mặt chất lỏng là hiện tượng xảy ra tại bề mặt của chất lỏng, tại đó xuất hiện lực căng bề mặt của chất lỏng có xu hướng giữ cho diện tích của bề mặt chất lỏng là nhỏ nhất có thể.

- Lực căng bề mặt là lực tác dụng lên một đoạn đường nhỏ bất kì trên bề mặt chất lỏng luôn có phương vuông góc với đoạn đường này và tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng, có chiều làm giảm diện tích bề mặt chất lỏng và có độ lớn f tỉ lệ thuận với độ dài l của đoạn đường đó.

Sự hình thành lực căng bề mặt chất lỏng là do lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng. Đối với các phân tử chất lỏng ở bề mặt, do các phân tử chất lỏng xung quanh ít nên lực liên kết giữa các phân tử chất lỏng không bị chia quá nhỏ cho các phân tử xung quanh, từ đó hình thành nên lực căng bề mặt của chất lỏng giữ cho mặt chất lỏng luôn “căng”.

2. Công thức

f =  σ.l 

Trong đó: f là lực căng bề mặt chất lỏng (N)

l là độ dài đường giới hạn của chất lỏng (m)

σ là hệ số căng bề mặt của chất lỏng(N/m).

Hệ số  phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ của chất lỏng:  giảm khi nhiệt độ tăng.

3. Kiến thức mở rộng

- Từ công thức trên, ta có thể tính:

- Hệ số căng bề mặt của một số chất lỏng:

- Nhờ có lực căng mặt ngoài nên nước mưa không thể lọt qua các lổ nhỏ giữa các sợi vải căng trên ô dù hoặc trên các mui bạt ôtô.

- Hoà tan xà phòng vào nước sẽ làm giảm đáng kể lực căng mặt ngoài của nước, nên nước xà phòng dễ thấm vào các sợi vải khi giặt để làm sạch các sợi vải, ...

- Xác định hệ số căng và lực căng bề mặt bằng lực kế:

+ Nhúng đáy vòng chạm vào mặt chất lỏng, rồi kéo lên mặt thoáng. Khi đáy vòng vừa được nâng lên trên mặt thoáng, nó không bị bứt ngay ra khỏi chất lỏng: một màng chất lỏng xuất hiện, bám quanh chu vi ngoài và chu vi trong của vòng, có khuynh hướng kéo vòng vào chất lỏng. Lực Fc do màng chất lỏng tác dụng vào vòng đúng bằng tổng lực căng bề mặt của chất lỏng tác dụng lên chu vi ngoài và chu vi trong của vòng.

+ Do vòng bị chất lỏng dính ướt hoàn toàn, nên khi kéo vòng lên khỏi mặt thoáng và có một màng chất lỏng căng giữa đáy vòng và mặt thoáng, thì lực căng Fc có cùng phương chiều với trọng lực P của vòng. Giá trị lực F đo được trên lực kế bằng tổng của hai lực này:

F = F_C + P

=> Đo P và F, ta xác định được độ lớn của lực căng bề mặt F_C tác dụng lên chiếc vòng.

Gọi L₁ và L₂ là chu vi ngoài và chu vi trong của chiếc vòng

       D và d là đường kính ngoài và đường kính trong của vòng

+ Lực căng mặt ngoài tác dụng lên vòng: 

Với d là đường kính của vòng dây, πd là chu vi của vòng dây.

(Vì màng xà phòng có hai mặt trên và dưới phải nhân đôi)

4. Ví dụ minh họa

Bài 1:Cho rượu vào ống nhỏ giọt, đường kính miệng ống 2mm, khối lượng của mỗi giọt rượu là 0,0151g. Lấy g = 10m/s². Sức căng mặt ngoài của rượu là bao nhiêu?

Lời giải

Trọng lượng của giọt rượu bằng lực căng bề mặt:

F_C = P = m.g = 1,51.l0⁻⁴ N

Bải 2: Người ta thả một cọng rơm dài 8cm lên mặt nước và nhỏ vào một bên của cọng rơm dung dịch nước xà phòng. Cho rằng nước xà phòng chi lan ra bên này mà thôi. 

a, Cọng rơm sẽ chuyển động như thế nào? Tại sao?

b, Tính lực tác dụng lên cọng rơm?

Lời giải

a. Cọng rơm chịu tác dụng của hai lực căng mặt ngoài tác dụng ở hai phía.

Khi thả nổi cọng rơm trên mặt nước rồi nhỏ dung dịch xà phòng vào một bên thì cọng rơm chịu tác dụng của hai lực căng bề mặt cùng phương, ngược chiều nhau có độ lớn F₁ = σ₁.l và F₂ = σ₂.l.

Vì hệ số căng bề mặt của nước lớn hơn cọng rơm (σ₁ > σ₂) nên cọng rơm được kéo về phía nước (F₁ > F₂).

Độ lớn của hợp lực tác dụng lên cọng rơm là:

Công thức tính độ biến dạng tỉ đối hay, chi tiết

1. Khái niệm

Độ biến dạng tỉ đối là phần trăm dài ra hay ngắn đi của vật liệu khi chịu tác dụng của lực kéo hoặc lực nén. 

2. Công thức

- Gọi l₀ là độ dài của thanh khi không có lực kéo (hay nén) (m)

l là độ dài của thanh khi có lực kéo (hay nén) (m)

∆l = |l -l₀| là độ biến dạng của thanh (m)

=> Độ biến dạng tỉ đối của thanh:

3. Kiến thức mở rộng

- Ứng suất là đại lượng vật lý đặc trưng cho tác dụng nén hoặc kéo của lực F tác dụng dọc theo trục của một vật rắn đồng chất hình trụ có tiết diện S.

Trong đó:

      F: lực nén hoặc kéo (N)

      S: tiết diện của vật rắn hình trụ đồng chất (m²)

      σ: ứng suất của vật rắn (N/m² hoặc Pa)

- Trong giới hạn đàn hồi, độ biến dạng tỉ đối của vật rắn đồng chất, hình trụ tỉ lệ thuận với ứng suất tác dụng vào vật đó.

Với α: hệ số tỉ lệ phụ thuộc chất liệu của vật rắn

- Độ biến dạng tỉ đối ε của thanh rắn (bị kéo hoặc nén) không chỉ phụ thuộc độ lớn của lực tác dụng  mà còn phụ thuộc tiết diện ngang S của thanh đó.

+ Nếu càng lớn và S càng nhỏ thì ε càng lớn, tức là mức độ biến dạng của thanh rắn càng lớn.

+ Nếu càng nhỏ và S càng lớn thì ε càng nhỏ, tức là mức độ biến dạng của thanh rắn càng nhỏ.

- Từ các công thức trên, ta có thể tính:

   Với là suất đàn hồi hay suất Y-âng đặc trưng cho tính đàn hồi của vật rắn (Pa hoặc N/m²)

 

- Áp dụng định luật III Niu-Ton và công thức ứng suất, độ lớn của lực đàn hồi F_đh là:

       Với  là độ cứng (hay hệ số đàn hồi của vật rắn) phụ thuộc chất liệu và kích thước của vật đó (N/m)

4. Ví dụ minh họa

Bài 1: Một thanh rắn hình trụ một đầu chịu một lực nén có độ lớn 3,14.10⁵N, đầu còn lại giữ cố định. Biết thanh rắn có đường kính 20mm, suất đàn hồi 2.10¹¹Pa. Tìm độ biến dạng tỉ đối của thanh.

Lời giải

Bài 2: Một thanh trụ đường kính 5cm làm bằng nhôm có suất đàn hồi là E = 7.10¹⁰Pa. Thanh này đặt thẳng đứng trên một đế rất chắc để chống đỡ một mái hiên. Mái hiên tạo một lực nén thanh là 3450N. Hỏi độ biến dạng tỉ đối của thanh là bao nhiêu?

Lời giải

Công thức tính độ cứng của thanh hay, chi tiết

1. Khái niệm

     Độ cứng (hay hệ số đàn hồi) của thanh phụ thuộc vào kích thước hình dạng của vật và suất đàn hồi của chất làm vật.

2. Công thức

Trong đó: 

k là độ cứng (hay hệ số đàn hồi của vật rắn) (N/m)

S là tiết diện ngang của vật rắn (m²)

l₀ là chiều dài ban đầu của vật rắn (m)

E là suất đàn hồi đặc trưng cho tính đàn hồi của vật rắn (N/m²)

3. Kiến thức mở rộng

- Khi tiết diện ngang S càng lớn và độ dài dài ban đầu l₀ càng ngắn thì độ cứng k càng lớn, tức là vật rắn càng cứng và càng khó bị biến dạng.

- Từ công thức trên, ta có thể tính:

Với α: hệ số tỉ lệ phụ thuộc chất liệu của vật rắn.

- Ứng suất là đại lượng vật lý đặc trưng cho tác dụng nén hoặc kéo của lực F tác dụng dọc theo trục của một vật rắn đồng chất hình trụ có tiết diện S.

Trong đó:

      F: lực nén hoặc kéo (N)

      S: tiết diện của vật rắn hình trụ đồng chất (m²)

      σ: ứng suất của vật rắn (N/m² hoặc Pa)

-Độ biến dạng tỉ đối là phần trăm dài ra hay ngắn đi của vật liệu khi chịu tác dụng của lực kéo hoặc lực nén. 

+ Trong giới hạn đàn hồi, độ biến dạng tỉ đối của vật rắn đồng chất, hình trụ tỉ lệ thuận với ứng suất tác dụng vào vật đó.

Với ∆l = |l - l₀|  là độ biến dạng của thanh (m)

- Áp dụng định luật III Niu- ton và công thức ứng suất, độ lớn của lực đàn hồi F_đh là:

4. Ví dụ minh họa

Bài 1: Một thanh thép dài 5,0 m có tiết diện 1,5 cm² được giữ chặt một đầu. Cho biết suất đàn hồi của thép là E = 2.10¹¹ Pa. Lực kéo tác dụng lên đầu kia của thanh thép bằng bao nhiêu để thanh dài thêm 2,5 mm?

Lời giải

Lực kéo đàn hồi cần tác dụng lên đầu kia của thanh thép để thanh dài thêm 2,5 mm là:

Bài 2: Một dây thép có chiều dài 100cm có một đầu cố định, treo một vật có khối lượng 100kg vào đầu dây còn lại thì chiều dài của dây thép là 101cm. Biết suất đàn hồi của thép là 2.10¹¹Pa. Đường kính tiết diện của dây là bao nhiêu? Lấy g = 10m/s².

Lời giải

....................................

....................................

....................................

Trên đây là phần tóm tắt một số công thức Vật Lí lớp 10 Chương 7: Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể năm học 2021 - 2022 quan trọng, để xem chi tiết mời quí bạn đọc vào từng công thức trên!

Xem thêm các bài tổng hợp Công thức Vật Lí lớp 10 đầy đủ, chi tiết khác:

• Chương 3: Cân bằng và chuyển động của vật rắn
• Chương 4: Các định luật bảo toàn
• Chương 5: Chất khí
• Chương 6: Cơ sở của nhiệt động lực học

---

---

---