Hướng dẫn giải II.7 Bài tập cuối Chương 2 (trang 38, 39, 40) – SBT Vật lí 12 Kết nối tri thức. Tham khảo: Vận dụng kiến thức về khí lí tưởng.
Câu hỏi/Đề bài:
Một khí cầu có thể tích 336 m3 và khối lượng vỏ 84 kg được bơm không khí nóng tới áp suất bằng áp suất không khí bên ngoài. Không khí nóng phải có nhiệt độ bằng bao nhiêu để khí cầu có thể bắt đầu bay lên. Biết không khí bên ngoài có nhiệt độ 37 °C, áp suất 1 atm và khối lượng mol là 29.10-3 kg/mol.
Hướng dẫn:
Vận dụng kiến thức về khí lí tưởng
Lời giải:
Gọi ρ1 và ρ2 là khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ \({T_1} = 37 + 273 = 310{\rm{ }}K\) và nhiệt độ T2 là nhiệt độ khi khí cầu bắt đầu bay lên.
Khi khí cầu bay lên:
\(\begin{array}{l}{F_A} = {P_{kc}} + {P_{kk}} \Rightarrow {\rho _1}gV = mg + {\rho _2}gV\\ \Rightarrow {\rho _2} = {\rho _1} – \frac{m}{V}(1)\end{array}\)
Ở điều kiện chuẩn, khối lượng riêng của không khí là: \({\rho _o} = \frac{{29}}{{22,4}} = 1,295(kg/{m^3})\)
Vì thể tích của một lượng khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối khi áp suất không đổi nên khối lượng riêng của một lượng khí tỉ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối khi áp suất không đổi.
Ta có: \({\rho _1} = \frac{{{T_o}{\rho _o}}}{{{T_1}}}(2)\) Từ (1) và (2) suy ra: \[{\rho _1}\; = 1,295{\rm{ }}kg/{m^3}\]
Do đó: \[{\rho _2}\; = 0,928kg/{m^3}\]
Vì \({\rho _2} = \frac{{{T_o}{\rho _o}}}{{{T_2}}} \to {T_2} = \frac{{{T_o}{\rho _o}}}{{{\rho _2}}} = \frac{{273.1,295}}{{0,928}} = 381K = {108^o}C\)