Physic Labs

Nhiệt học

Phương trình trạng thái khí lý tưởng

Kiểm tra áp suất phụ thuộc T, n và V theo phương trình trạng thái; đọc các đường đẳng nhiệt trên đồ thị p–V. Đo áp suất và thể tích khi thay đổi nhiệt độ hoặc lượng khí, rồi kiểm chứng pV=nRTpV = nRT.

THPT

⚠ Khí trong xi-lanh là mô phỏng; không tự chế bình kín hoặc gia nhiệt khí trong dụng cụ không chịu áp suất.

Dụng cụ

  • Xi-lanh pít-tông chứa các hạt khí lý tưởng
  • Thanh trượt nhiệt độ T, thể tích V, lượng khí n; đồ thị p–V

Các bước tiến hành

  1. Kiểm tra các biến trạng thái

    Giữ n cố định, tăng T bằng thanh trượt và theo dõi áp suất đọc số cũng như độ dốc trên đường đẳng nhiệt hiện hành. Khôi phục T, sau đó giảm V bằng thanh trượt thể tích và quan sát p tăng. Cuối cùng giữ T, V không đổi rồi tăng n để so sánh áp suất. Đối chiếu mọi thay đổi với pV = nRT; các hạt chuyển động và đồ thị là minh họa của mô hình khí lý tưởng. Đối chiếu các số liệu hiển thị với pV=nRTpV = nRT.

  2. So sánh các đường đẳng nhiệt

    Giữ n cố định, chọn vài giá trị T rồi quan sát các đường trên đồ thị p–V. Tăng T và so sánh áp suất tại cùng một V; kiểm tra tích pV = nRT tăng theo T. Đối chiếu các số liệu hiển thị với pV=nRTpV = nRT.

  3. Thay đổi thể tích và lượng khí

    Giữ T và n cố định, giảm V rồi quan sát p tăng; sau đó khôi phục V và tăng n để so sánh. Đối chiếu từng trường hợp với p = nRT/V và ghi lại biến nào đã được giữ không đổi. Đối chiếu các số liệu hiển thị với p=nRT/Vp = nRT/V.

Mô phỏng

Lịch sử thí nghiệm

Thuyết động học phân tử giải thích các đại lượng nhiệt học vĩ mô bằng chuyển động của vô số phân tử. Trong thế kỷ XIX, các nhà vật lý như Rudolf Clausius và James Prescott Joule phát triển mối liên hệ giữa nhiệt, công và chuyển động vi mô, đặt nền tảng cho cách hiểu hiện đại về khí lý tưởng. Khi phân tử va chạm đàn hồi và tương tác ngoài va chạm có thể bỏ qua, áp suất liên hệ với sự truyền động lượng lên thành bình, còn nhiệt độ phản ánh động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến. Phương trình trạng thái pV = nRT gộp áp suất p, thể tích V, lượng chất n và nhiệt độ tuyệt đối T thành một quan hệ cân bằng. Giữ các biến khác cố định cho thấy p tăng theo T hoặc n và giảm khi V tăng; trên đồ thị p–V, mỗi nhiệt độ cố định tạo một đường đẳng nhiệt. Khí thật chỉ gần mô hình này trong một số miền điều kiện, đặc biệt khi mật độ không quá cao và tương tác phân tử yếu. Mô phỏng làm rõ xu hướng bằng hạt chuyển động và đồ thị, nhưng không mô tả đầy đủ va chạm, kích thước phân tử hay mọi sai lệch của khí thực.

Nhà vật lý liên quan

Chủ đề liên quan trong thư viện