Bài 10. Định luật Charles

I. ĐỊNH LUẬT CHARLES

1. Quá trình đẳng áp

Quá trình biến đổi trạng thái của một khối lượng khí xác định khi giữ áp suất không đổi được gọi là quá trình đẳng áp.

2. Nghiên cứu của Charles

Năm 1787, nhà vật lí người Pháp là Charles (Sác-lơ) đã dùng thực nghiệm để nghiên cứu sự thay đổi thể tích theo nhiệt độ của một khối lượng khí xác định trong quá trình đẳng áp. Làm thí nghiệm với các chất khí khác nhau, ông nhận thấy khi tăng nhiệt độ khí từ t = 0 °C tới t°C đồng thời giữ áp suất không đổi thì độ tăng thể tích của 1 đơn vị thể tích khí khi được tăng thêm 1 đơn vị nhiệt độ của các chất khí khác nhau đều bằng nhau và bằng \(\dfrac{1}{273}\):

\(\dfrac{V-V_0}{V_0\Delta t}=\dfrac{1}{273}\)   (10.1)

Trong đó V₀ là thể tích khí ở nhiệt độ 0 °C; V là thể tích khí ở nhiệt độ t °C; Δt là độ tăng nhiệt độ của khí.

Nếu kí hiệu \(\alpha=\dfrac{1}{273}\) thì \(V=V_0\left(1+\alpha.\Delta t\right)\)

Vì \(\Delta t=t-t_0\) nên: \(V=V_0\left(1+\alpha t\right)\)  (10.2)

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của thể tích V theo nhiệt độ Celsius được vẽ ở Hình 10.1a.

Đồ thị vẽ ở Hình10.1a cho thấy đường biểu diễn không đi qua gốc toạ độ chứng tỏ thể tích V của khí không tăng tỉ lệ thuận với nhiệt độ Celsius.

3. 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:

\(\dfrac{V}{T}\) = hằng số.   (10.3)

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: \(\dfrac{V_1}{T_1}=\dfrac{V_2}{T_2}\)   (10.4)

Đồ thị biểu diễn định luật Chales như Hình 10.1b.

II. CÁC ĐỊNH LUẬT BOYLE VÀ CHARLES LÀ CÁC ĐỊNH LUẬT GẦN ĐÚNG

Các định luật Boyle và Charles được rút ra từ những thí nghiệm thực hiện trong điều kiện áp suất không quá 10⁶ Pa, nhiệt độ không dưới 200 K.

Các thí nghiệm thực hiện trong điều kiện áp suất rất cao và nhiệt độ rất thấp cho kết quả không phù hợp với các định luật trên.

Để phân biệt khí lí tưởng với khí thực người ta định nghĩa khí lí tưởng là khí tuân theo đúng các định luật Boyle và Charles.

Tuy nhiên, sự khác biệt giữa khí lí tưởng và khí thực không lớn ở điều kiện bình thường về áp suất và nhiệt độ nên người ta vẫn có thể áp dụng các định luật của khí lí tưởng cho khí thực nếu không cần độ chính xác cao.