Định luật Boyle hay còn gọi đầy đủ là định luật Boyle – Mariotte. Là một trong những định luật cơ bản của khí lý tưởng, mô tả mối quan hệ giữa áp suất với thể tích của một lượng khí khi nhiệt độ không đổi. Đây là nền tảng cho nhiều ứng dụng thực tiễn trong vật lý, hóa học, kỹ thuật.
Định Luật Boyle Là Gì
Định luật Boyle phát biểu rằng
Ở điều kiện nhiệt độ không đổi, thể tích của một lượng khí xác định tỷ lệ nghịch với áp suất mà khí đó chịu.
Nói cách khác, khi nhiệt độ không đổi, nếu áp suất tăng, thì thể tích giảm, ngược lại.
Định Luật Boyle Là Đẳng Gì
Định luật Boyle được áp dụng trong quá trình đẳng nhiệt, tức là quá trình nhiệt độ không thay đổi. Trong quá trình này, khi áp suất thay đổi thì thể tích sẽ thay đổi theo tỷ lệ nghịch sao cho tích của áp suất và thể tích luôn bằng một hằng số.
Công Thức Định Luật Boyle
Công thức cơ bản của định luật Boyle – Mariotte
P × V = hằng số (khi T không đổi)
Trong đó
-
P là áp suất của khí (Pa hoặc atm)
-
V là thể tích của khí (m³ hoặc lít)
-
T là nhiệt độ (giữ không đổi)
Nếu xét hai trạng thái khác nhau của cùng một lượng khí trong điều kiện đẳng nhiệt
P₁ × V₁ = P₂ × V₂
Hệ Thức Nào Sau Đây Là Của Định Luật Boyle
Đáp án đúng
P₁ × V₁ = P₂ × V₂
Đây là biểu thức thể hiện mối quan hệ giữa áp suất và thể tích của một lượng khí khi nhiệt độ không đổi.
Hệ Thức Không Phù Hợp Với Định Luật Boyle Là
Bất kỳ hệ thức nào có sự thay đổi nhiệt độ hoặc có thêm biến số nhiệt độ T đều không phù hợp với định luật Boyle. Ví dụ
-
P × V = nRT (đây là phương trình trạng thái khí lý tưởng, không phải định luật Boyle riêng lẻ)
-
V / T = hằng số (đây là định luật Charles)
Định Luật Boyle Mariotte
Tên đầy đủ là định luật Boyle – Mariotte, do hai nhà khoa học Robert Boyle (Anh, 1662) và Edme Mariotte (Pháp, 1676) phát hiện gần như độc lập. Cả hai đều phát hiện mối liên hệ giữa thể tích và áp suất trong điều kiện nhiệt độ không đổi.
Thí Nghiệm Định Luật Boyle
Một thí nghiệm điển hình như sau
-
Cho một lượng khí cố định vào ống hình trụ có pittông di chuyển được.
-
Giữ nhiệt độ không đổi trong suốt thí nghiệm.
-
Tăng dần áp suất bằng cách nén pittông.
-
Quan sát sự giảm dần của thể tích khí.
-
Đo P và V tại nhiều trạng thái khác nhau, sau đó kiểm chứng P × V luôn xấp xỉ hằng số.
Đồ Thị Định Luật Boyle
Đồ thị của định luật Boyle có thể biểu diễn theo hai dạng
-
Đồ thị P theo V: Là một nhánh hyperbol, vì P tỷ lệ nghịch với V.
Trục hoành là V, trục tung là P. Đường cong đi xuống. -
Đồ thị P × V theo V hoặc theo P: Là đường thẳng song song trục hoành, cho thấy tích P × V là hằng số.
Định Luật Boyle Chỉ Đúng Khi
Định luật Boyle chỉ đúng khi nhiệt độ không đổi và khí tuân theo mô hình khí lý tưởng. Ngoài ra, áp suất không được quá cao và thể tích không được quá nhỏ, vì khi đó tương tác giữa các phân tử khí và thể tích phân tử bắt đầu ảnh hưởng đáng kể đến hành vi của khí.
Định Luật Boyle Có Đúng Ở Áp Suất Cao
Không hoàn toàn đúng. Định luật Boyle chỉ xấp xỉ đúng ở áp suất thấp và nhiệt độ cao, khi khí gần như lý tưởng. Ở áp suất cao, các phân tử khí gần nhau hơn, tương tác giữa chúng không còn bỏ qua được, do đó định luật bắt đầu mất hiệu lực. Khi đó, cần dùng các mô hình phức tạp hơn như phương trình trạng thái Van der Waals.
Định luật Boyle – Mariotte là một định luật nền tảng mô tả mối quan hệ giữa áp suất với thể tích trong quá trình đẳng nhiệt của khí lý tưởng. Đây là công cụ quan trọng trong tính toán và dự đoán hành vi của khí trong các hệ thống kín. Tuy nhiên định luật chỉ đúng trong một số điều kiện nhất định mà không áp dụng cho khí thực ở nhiệt độ thấp hay áp suất cao. Việc hiểu rõ định luật này giúp ích rất nhiều trong học hóa học, vật lý cũng như ứng dụng trong các lĩnh vực như cơ học chất lưu, kỹ thuật, khí động học.
Tag: boyle-mariotte a charles