Bài 9. Định luật Boyle

I. CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MỘT LƯỢNG KHÍ

Một lượng khí đựng trong một bình kín được xác định bởi bốn đại lượng là khối lượng (m), thể tích (V), nhiệt độ (T) và áp suất (p).

Khi thể tích, nhiệt độ và áp suất của một khối lượng khí xác định không thay đổi, ta nói lượng khí ở trạng thái cân bằng. Thể tích, áp suất và nhiệt độ của lượng khí được gọi là các thông số trạng thái của nó.

Khí chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác bằng các quá trình biến đổi trạng thái, gọi tắt là quá trình.

Người ta thường biểu diễn trạng thái và quá trình biến đổi trạng thái của một khối lượng khí xác định bằng Hình 9.2 dưới đây:

Trong hầu hết các quá trình biến đổi trạng thái của một khối lượng khí xác định thì cả ba thông số trạng thái (áp suất, thể tích, nhiệt độ) đều có thể biến đổi. Tuy nhiên, để thuận lợi cho việc tìm hiểu mối quan hệ giữa các thông số trạng thái, người ta thực hiện những quá trình đơn giản trong đó chỉ có hai thông số biến đổi còn một thông số không đổi, gọi là các đẳng quá trình. Các nhà vật lí đã dùng thí nghiệm để nghiên cứu các đẳng quá trình, xác định mối quan hệ của từng cặp thông số trạng thái, từ đó xây dựng phương trình về mối quan hệ giữa cả ba thông số.

II. ĐỊNH LUẬT BOYLE

1. Quá trình đẳng nhiệt

Quá trình biến đổi trạng thái của một khối lượng khí xác định khi nhiệt độ giữ không đổi được gọi là quá trình đẳng nhiệt. Thí nghiệm về quá trình đẳng nhiệt sẽ giúp ta xác định được mối quan hệ giữa áp suất p và thể tích V của một khối lượng khí xác định trong quá trình này.

2. Định luật Boyle

Khi nhiệt độ của một khối lượng khí xác định giữ không đổi thì áp suất gây ra bởi khí tỉ lệ nghịch với thể tích của nó:

PV = hằng số   (9.1)

Định luật trên được nhà vật lí và hoá học người Ireland là Robert Boyle (Rô-bớt Bôi-lơ) (1627-1691) tìm ra bằng thực nghiệm năm 1662 nên được gọi là định luật Boyle.

Đồ thị biểu diễn định luật Boyle là một nhánh của đường hypebol (Hình 9.5).

Đường đẳng nhiệt của cùng một lượng khí ứng với các nhiệt độ khác nhau thì khác nhau. Hình 9.6 vẽ hai đường đẳng nhiệt của cùng một lượng khí ứng với hai nhiệt độ T₁ và T₂ với T₁ < T₂.

Nếu gọi p₁, V₁ là áp suất và thể tích của khí ở trạng thái 1; P₂, V₂ là áp suất và thể tích của khí ở trạng thái 2 thì:

p₁V₁ = p₂V₂   (9.2)