Bơm khí vào quả bóng: mỗi nhát thêm mol, không nén cùng lượng khí

Vật lý 12 · Ôn tập kiến thức THPT

Mỗi nhát bơm lí tưởng đưa thêm n_bơm=p_ngoàiV_hút/(RT_ngoài). Lượng khí trong vật chứa tăng; không dùng pV không đổi giữa trước và sau như khi nén kín.

Xét bình cứng thể tích2,0L, ban đầu ở áp suất tuyệt đối100kPa, cùng nhiệt độ với môi trường. Mỗi nhát hút0,10L khí ở100kPa và chuyển toàn bộ vào bình. Giữ nhiệt độ khí sau các nhát trở về nhiệt độ môi trường; bỏ rò, thể tích chết và khí không chuyển hết.

Sau k nhát, n_k=n₀+k n_bơm. Vì thể tích và nhiệt độ cuối không đổi: p_kV=p₀V+k p_ngoàiV_hút. Với p₀=p_ngoài, p_k=100(1+0,10k/2)kPa. Sau10 nhát: 150kPa tuyệt đối, tức50kPa dư nếu áp suất ngoài vẫn100kPa.

Kiểm: tổng lượng khí ở điều kiện môi trường tương đương2,0+1,0=3,0L; ép lượng đó vào2,0L cùng nhiệt độ cho áp suất1,5 lần. Đây là kiểm theo mol, không nói hình học bình đã bị nén từ3L xuống2L trong thao tác.

Tự luyện: sau20 nhát, p=200kPa. Muốn250kPa, mô hình cần k=(250−100)·2/(100·0,10)=30 nhát. Chỉ dùng số nhát nguyên; nếu tính ra một số không nguyên và hỏi “ít nhất”, làm tròn lên rồi kiểm áp suất cuối.

Quả bóng cao su thật có thể tăng thể tích, nên phải biết V cuối hoặc quan hệ vỏ mới dự báo p. Bơm thật có thể tích chết, van và hiệu suất phụ thuộc áp suất; không luôn chuyển toàn bộ lượng hút vào. Nếu khí nóng lên mà chưa nguội về môi trường, có thêm hệ số T_k/T_ngoài. Bài chỉ trình bày mô hình để phân biệt thêm khí với nén cùng khối khí, không dự báo giới hạn an toàn của vật chứa thật.

Đọc tiếp: Phương trình khí lí tưởng · Số mol và phân tử.