Định luật Boyle, quá trình đẳng nhiệt

Quá trình biến đổi trạng thái của một lượng khí ở nhiệt độ không đổi gọi là quá trình đẳng nhiệt. Khối lượng khí cũng không đổi.

Ý nghĩa: nén khí đến thể tích còn một nửa thì áp suất gấp đôi; giãn khí đến thể tích gấp ba thì áp suất còn một phần ba. Giải thích bằng mô hình: nhiệt độ không đổi nên tốc độ phân tử không đổi; thể tích nhỏ đi $k$ lần thì mật độ phân tử tăng $k$ lần, số va chạm lên thành tăng $k$ lần.

Trên đồ thị $p$–$V$, quá trình đẳng nhiệt là một nhánh hypebol $p=\dfrac{\text{hằng số}}{V}$. Đường đẳng nhiệt ở nhiệt độ cao hơn nằm xa gốc toạ độ hơn, vì $pV=nRT$ lớn hơn (bài 4). Trên đồ thị $p$–$T$ là đoạn thẳng đứng (vuông góc trục $T$), trên $V$–$T$ là đoạn thẳng đứng tương tự (bài 3 sẽ vẽ cả ba).

Một cột chất lỏng cao $h$ đè lên mặt dưới nó áp suất bổ sung $\rho gh$. Do đó:

• Bọt khí ở độ sâu $h$ trong nước chịu $p=p_0+\rho gh$, với $p_0$ là áp suất khí quyển trên mặt nước.
• Với thuỷ ngân, ta thường đo áp suất bằng cmHg (hoặc mmHg): cột thuỷ ngân cao $h$ ứng với áp suất $h$ cmHg. Khí quyển chuẩn $p_0=76\,\text{cmHg}$.

Khi cột thuỷ ngân dài $h$ nằm trong ống thẳng đứng: miệng ống hướng lên thì khí bị nhốt ở dưới chịu $p=p_0+h$; miệng hướng xuống thì khí ở trên chịu $p=p_0-h$. Ống nghiêng góc $\alpha$ so với phương ngang chỉ có thành phần thẳng đứng của cột thuỷ ngân tạo ra áp suất: $p=p_0\pm h\sin\alpha$. Ống nằm ngang: $p=p_0$.

• Đẳng nhiệt: $pV=\text{hằng số}$; đồ thị $p$–$V$ là hypebol, nhiệt độ cao hơn thì xa gốc hơn.
• $p$ nghịch với $V$; giải thích bằng mật độ phân tử.
• Áp suất cột chất lỏng: $p=p_0+\rho gh$; ống thuỷ ngân: $p_0\pm h$ (hoặc $\pm h\sin\alpha$).
• Luôn dùng áp suất tuyệt đối, đơn vị thống nhất, và kiểm tra điều kiện thuỷ ngân không tràn.