Lý 10 Bài 33: Các nguyên lí của nhiệt động lực học

-  Độ biến thiên nội năng của một vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được: ΔU = A + Q

+ Quy ước dấu:

• ΔU > 0: nội năng tăng; ΔU < 0: nội năng giảm
• A > 0: hệ nhận công; A < 0: hệ thực hiện công
• Q > 0: hệ nhận nhiệt; Q < 0: hệ truyền nhiệt

Chú ý:

a) Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch

- Quá trình thuận nghịch.

• Quá trình thuận nghịch là quá trình vật tự trở về trạng thái ban đầu mà không cần đến sự can thiệp của vật khác.

- Quá trình không thuận nghịch.

• Quá trình không thuận nghịch là quá trình chỉ có thể xảy ra theo một chiều xác định, không thể tự xảy ra theo chiều ngược lại. Muốn xảy ra theo chiều ngược lại phải cần đến sự can thiệp của vật khác.

b) Nguyên lí II nhiệt dộng lực học

- Cách phát biểu của Clau-di-út.

• Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang một vật nóng hơn.

- Cách phát biểu của Các-nô.

• Động cơ nhiệt không thể chuyển hoá tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học.

c) Vận dụng

- Nguyên lí II nhiệt động lực học có thể dùng để giải thích nhiều hiện tượng trong đời sống và kỉ thuật.

- Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt :

+ Mỗi động cơ nhiệt đều phải có ba bộ phận cơ bản là :

• Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng (Q1).

• Bộ phận phát động gồm vật trung gian nhận nhiệt sinh công (A) gọi là tác nhân và các thiết bị phát động.

• Nguồn lạnh để thu nhiệt lượng do tác nhân toả ra (Q2).

+ Nguyên tắc hoạt động:

• Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng Q1 cho bộ phận phát động để bộ phận này chuyển hóa thành công A.

• Theo nguyên lý II thì bộ phận phát độngkhông thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học. Do đó cần có nguồn lạnh để nhận phần nhiệt lượng Q2 còn lại.

- Minh hoạ động cơ nhiệt: 

• Hiệu suất của động cơ nhiệt: \(H = \frac{{\left| A \right|}}{{{Q_1}}} = \frac{{{Q_1} - {Q_2}}}{{{Q_1}}} < 1\)

Hướng dẫn giải

Nguyên lí I nhiệt động lực học:

                 \(\Delta U = Q + A\)

Công mà chất khí thực hiện có độ lớn:

  \(A = p. \Delta V = 8.10^6 \:.0,5 = 4.10^6 J\)

Do khí trong bình nhận nhiệt Q > 0 và thực hiện công A < 0.

⇒ Độ biến thiên nội năng của khí:

\(\Delta U = Q - A = 6.10^6 - 4.10^6 = 2.10^6 J\).

Vậy, độ biến thiên nội năng của khí là:  \(\Delta U = 2.10^6 J\).

Câu 2: Người ta truyền cho khí trong xilanh nhiệt lượng 100J. Khí nở ra thực hiện công 70J đẩy pit-tông lên. Tính độ biến thiên nội năng của khí.

Hướng dẫn giải

• Theo nguyên lí I nhiệt động lực học ta có: \(\Delta U = Q + A \)

• Khí trong xi - lanh nhận nhiệt lượng ⇒ Q > 0

  Khí thực hiện công ⇒ A < 0

⇒ Độ biến thiên nội năng của khí: \(\Delta U = Q + A = 100 - 70 = 30 J.\)

Vậy, độ biến thiên nội năng của khí: \(\Delta U = 30 J.\)

Câu 1: Một viên đạn bằng chì khối lượng m, bay với vận tốc v = 195 m/s, va chạm mềm vào một quả cầu bằng chì cùng khối lượng m đang đứng yên. Nhiệt dung riêng của chì là c = 130 J/kg.K. Nhiệt độ ban đầu của viên đạn và quả cầu bằng nhay. Coi nhiệt lượng truyền ra môi trường là không đáng kể. Độ tăng nhiệt độ của viên đạn và quả cầu là bao nhiêu?

Câu 2: Người ta cung cấp nhiệt lượng cho chất khí đựng trong một xilanh đặt nằm ngang. Chất khí nở ra, đẩy pit-tông đi một đoạn 5 cm và nội năng của chất khí tăng 0,5 J. Biết lực ma sát giữa pit- tông và xilanh là 20 N. Nhiệt lượng đã cung cấp cho chất khí là bao nhiêu?

Câu 3: Một lượng không khí nóng được chứa trong một xilanh cách nhiệt đặt nằm ngang có pit-tông có thể dịch chuyển được. Không khí nóng dãn nở đẩy pit- tông dịch chuyển. Nếu không khí nóng thực hiện một công có độ lớn là 2000 J thì nội năng của nó biến đổi một lượng bằng bao nhiêu?

Câu 4: Trong một quá trình nung nóng đẳng áp ở áp suất 1,5.10⁵ Pa, một chất khí tăng thể tích từ 40 dm³ đến 60 dm³ và tăng nội năng một lượng là 4,28 J. Nhiệt lượng truyền cho chất khí là bao nhiêu?

Câu 5: Người ta thực hiện công 100 J để nén khí trong một xi- lanh. Tính độ biến thiên nội năng của khí, biết khí truyền ra môi trường xung quanh nhiệt lượng 20J.

Câu 1: ΔU = Q là hệ thức của nguyên lí I áp dụng cho

A. quá trình đẳng áp.

B. quá trình đẳng nhiệt.

C. quá trình đẳng tích.

D. cả ba quá trình nói trên.

Câu 2: ΔU = 0 trong trường hợp hệ

A. biến đổi theo chu trình.

B. biến đổi đẳng tích.

C. biến đổi đẳng áp

D. biến đổi đoạn nhiệt.

Câu 3: Biểu thức diễn tả đúng quá trình chất khí vừa nhận nhiệt vừa nhận công là:

A. ΔU = Q + A; Q > 0; A < 0.      B. ΔU = Q; Q > 0.

C. ΔU = Q + A; Q < 0; A > 0.      D. ΔU = Q + A; Q > 0; A > 0.

Câu 4: Phát biểu không đúng với nguyên lí I nhiệt động lực học là

A. Nhiệt lượng mà hệ nhận được sẽ chuyển hóa thành độ biến thiên nội năng của hệ và công mà hệ sinh ra.

B. Công mà hệ nhận được bằng tổng đại số của độ biến thiên nội năng của hệ với nhiệt lượng mà hệ truyền cho môi trường xung quanh.

C. Độ biến thiên nội năng của hệ bằng tổng đại số nhiệt lượng và công mà hệ nhận được.

D. Nhiệt lượng mà hệ truyền cho môi trường xung quanh bằng tổng của công mà hệ sinh ra và độ biến thiên nội năng của hệ.

Câu 5: Trường hợp nội năng của vật bị biến đổi không phải do truyền nhiệt là

A. chậu nước để ngoài nắng một lúc thì nóng lên.

B. gió mùa đông bắc tràn về làm cho không khí lạnh đi.

C. khi trời lạnh, ta xoa hai bàn tay vào nhau cho ấm lên.

D. cho cơm nóng vào bát thì bưng bát cũng thấy nóng.

Qua bài giảng Các nguyên lí của nhiệt động lực học này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Phát biểu và viết được công thức của nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học (NĐLH); nêu được tên, đơn vị và quy ước về dấu của các đại lượng trong công thức.

• Phát biểu được nguyên lí thứ hai của nhiệt động lực học.