Piston chạm chốt: lúc nào đun khí chuyển từ đẳng áp sang đẳng tích?

Vật lý 12 · Ôn tập kiến thức THPT

Piston còn tự do với tải không đổi thì khí đẳng áp; chạm chốt rồi không dịch thêm thì khí đẳng tích. Phải tìm nhiệt độ chạm chốt trước, không dùng một công thức cho toàn thời gian đun.

Khí lí tưởng kín ban đầu100kPa tuyệt đối,1,0L,300K. Piston không ma sát, tải vàáp suất ngoài giữ không đổi, nên p=100kPa khi nó còn chuyển động. Chốt giới hạn thể tích tối đa1,2L. Đun chậm tới450K; bỏ giãn nở của bình.

Trước chạm chốt, V/T=V₀/T₀. Nhiệt độ chạm T_c=300·1,2/1,0=360K. Vì450>360, khí đã đi vào giai đoạn bị khóa thể tích; V cuối1,2L chứ không phải1,5L do Charles ngoại suy.

Sau chạm, p/T=p_c/T_c. Áp suất cuối p=100·450/360=125kPa. Kiểm trực tiếp pV/T:100·1/300=125·1,2/450, cùng lượng khí. Nếu đề chỉ đun tới330K, chưa chạm:V=1,1L,p=100kPa.

Tự luyện về lực chốt: tiết diện piston0,010m², tổng lực ngoài không kể chốt tương đương100kPa. Ở450K, lực chốt giữ thêm (125000−100000)·0,010=250N, ngược chiều piston muốn đi ra. Không lấy toàn pS làm lực chốt: lực ngoài đã cân bằng phần100kPa.

Áp suất khí tăng sau chạm vì nhiệt độ tiếp tục tăng màthể tích không đổi; không thể gọi đó là đẳng áp chỉ vì vẫn có cùng tải. Tại đúng360K, piston vừa chạm nhưng lực bổ sung từ chốt có thể bằng0 trong mô hình. Khi làm nguội trở lại, phải kiểm piston có rời chốt vàtrở lại tự do haycó cơ cấu khóa giữ; điều kiện cơ học quyết định nhánh, không phải tên thiết bị. Đây là mô hình kiểm giới hạn công thức, không suy độ bền haygiới hạn vận hành của một bình thật.

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