Khí đơn nguyên tử trong bình cứng: nhiệt nhận chuyển thành tăng áp suất

Vật lý 12 · Ôn tập kiến thức THPT

Với khí lí tưởng đơn nguyên tử trong bình cứng, Q = ΔU = 3VΔp/2, nếu lượng khí không đổi và Q là nhiệt thực sự truyền vào khí. Không có công nở vì thể tích không đổi.

Mô hình đơn nguyên tử cho nội năng U = 3nRT/2; kết hợp pV = nRT được U = 3pV/2. Đây không phải công thức nội năng áp dụng cho mọi loại khí: phân tử nhiều nguyên tử còn có các dạng chuyển động nội tại.

Ví dụ

Bình có V = 0,010 m³, chứa khí lí tưởng đơn nguyên tử, áp suất đầu 100 kPa và nhiệt độ đầu 300 K. Khí nhận nhiệt ròng 300 J; bình không giãn nở, không rò khí.

Từ Q = 3VΔp/2:

Δp = 2 × 300/(3 × 0,010) = 20 000 Pa = 20 kPa.

Áp suất cuối 120 kPa. Với V và n giữ nguyên, T₂/T₁ = p₂/p₁ = 1,2, nên T₂ = 360 K.

Kiểm tra độc lập: ΔU = 3V(p₂ − p₁)/2 = 300 J. Cả dấu và độ lớn đều đúng: khí nhận nhiệt trong bình cứng phải tăng nội năng và áp suất ở mô hình này.

Không lấy công suất điện nhân thời gian rồi mặc định toàn bộ là Q của khí nếu vỏ bình và môi trường cũng nhận nhiệt. Cũng không dùng áp suất dư trực tiếp cho tỉ số T₂/T₁: phương trình trạng thái cần áp suất tuyệt đối. Riêng Δp bằng hiệu của hai số đọc cùng mốc áp suất ngoài không đổi.

Tự luyện: Cùng bình, khí nhận 150 J. Áp suất tăng 10 kPa và nhiệt độ cuối 330 K. Nếu bài đổi sang khí hai nguyên tử nhưng không cho quan hệ nội năng, không dùng nguyên xi hệ số 3/2.

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