Giải bài tập SBT Vật Lí 10 Bài 33: Các nguyên lí của nhiệt động lực học

Công thức nào sau đây mô tả đúng nguyên lí I của nhiệt động lực học?

A. ΔU = A - Q.                  B. ΔU = Q-A.

C. A = ΔU - Q.                  D. ΔU = A + Q.

Phương pháp giải

Áp dụng công thức ΔU=A+Q

Hướng dẫn giải

- Nguyên lí I của nhiệt động lực học: ΔU=A+Q

- Chọn đáp án D

Quy ước về dấu nào sau đây phù hợp với công thức AU = A + Q của nguyên lí I nhiệt động lực học?

A. Vật nhận công : A < 0 ; vật nhận nhiệt: Q < 0.

B. Vật nhận công : A > 0 ; vật nhận nhiệt: Q > 0.

C. Vật thực hiện công : A < 0 ; vật truyền nhiệt: Q > 0.

D. Vật thực hiện công : A > 0 ; vật truyền nhiệt: Q < 0.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được quy ước về dấu của công thức AU = A + Q của nguyên lí I nhiệt động lực học

Hướng dẫn giải

- Ta có: ΔU=A+Q

- Trong đó:

+ Hệ nhận nhiệt: Q>0; hệ tỏa nhiệt Q<0

+ Hệ nhận công: A>0; hệ thực hiện công A<0

- Chọn đáp án B

Với quy ước dấu đúng trong câu trên thì công thức nào sau đây mô tả không đúng quá trình truyền nhiệt giữa các vật trong hệ cô lập ?

A. Q_thu = Q_toả

B. Q_thu + Q_toả = 0

C. Q_thu = - Q_toả 

D. |Q_thu| = |Q_toả|

Phương pháp giải

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt Q_tỏa=Q_thu

Hướng dẫn giải

- Ta có: Phương trình cân bằng nhiệt: Q_tỏa=Q_thu

- Chọn đáp án A

Nếu thực hiện công 676 J để nén đẳng nhiệt một lượng khí thì độ biến thiên nội năng của khí và nhiệt lượng khí toả ra trong quá trình này là :

A. ΔU = 676 J ; Q’ = 0.

B. ΔU = 0 ; Q' = 676 J.

C. ΔU = 0 ; Q’ = -676 J.

D. ΔU = -676 J ; Q' = 0.

Phương pháp giải

Áp dụng công thức ΔU=A+Q để tính độ biến thiên nội năng và nhiệt lượng khí tỏa ra

Hướng dẫn giải

- Ta có: ΔU=A+Q

Q=0; A=676J

ΔU=A+Q=676J

- Chọn đáp án B

Ta có ΔU = Q - A, với ΔU là độ tăng nội năng, Q là nhiệt lượng hệ nhận được, -A là công hệ thực hiện được. Hỏi khi hệ thực hiện một quá trình đẳng áp thì điều nào sau đây là đúng ?

A. Q phải bằng 0.

B. A phải bằng 0.

C. ΔU phải bằng 0.

D. Cả Q, A và ΔU đều phải khác 0.

Phương pháp giải

Quá trình đẳng áp có sự thực hiện công và có nhiệt lượng

Hướng dẫn giải

Với quá trình đẳng áp thì Q≠0; A≠0

⇒ Chọn đáp án D

Hình 33.1 biểu diễn một quá trình biến đổi trạng thái của khí lí tưởng. Hỏi trong quá trình này Q, A và ΔU phải có giá trị như thế nào ?

A. ΔU > 0 ; Q = 0 ; A > 0.

B. ΔU = 0 ; Q > 0 ; A < 0.

C. ΔU = 0 ; Q < 0 ; A > 0.

D. ΔU < 0 ; Q > 0 ; A < 0.

Phương pháp giải

Sử dụng lí thuyết về quá trình đẳng tích để trả lời câu hỏi này

Hướng dẫn giải

- Từ đồ thị ta thấy quá trình biến đổi trạng thái của chất khí là quá trình đẳng nhiệt

- Trong quá trình đẳng nhiệt, nhiệt lượng bằng 0

- Từ trạng thái 2 về trạng thái 1: thể tích giảm nên hệ nhận công, suy ra A>0→ΔU>0

- Chọn đáp án A

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.

a) Nếu không khí nóng thực hiện một công có độ lớn là 4 000 J, thì nội năng của nó biến thiên một lượng bằng bao nhiêu ?

b)  Giả sử không khí nhận thêm được nhiệt lượng 10 000 J và công thực hiện thêm được một lượng là 1 500 J. Hỏi nội năng của không khí biến thiên một lượng bằng bao nhiêu ?

Phương pháp giải

Áp dụng công thức ΔU=A+Q để tính độ biến thiên nội năng với từng công A và nhiệt lượng Q tương ứng

Hướng dẫn giải

a) Vì xilanh cách nhiệt nên Q = 0. Do đó :

ΔU = A = -4 000 J

b) ΔU = A' + Q'= -(4 000 + 1 500) + 10 000

ΔU = 4 500 J

Một bình nhiệt lượng kế bằng thép khối lượng 0,1 kg chứa 0,5 kg nước ở nhiệt độ 15°C. Người ta thả một miếng chì và một miếng nhôm có tổng khối lượng 0,15 kg và nhiệt độ 100°C vào nhiệt lượng kế. Kết quả là nhiệt độ của nước trong nhiệt lượng kế tăng lên đến 17°C. Xác định khối lượng của miếng chì và miếng nhôm.

Cho biết nhiệt dung riêng của chì là 127,7 J/(kg.K), của nhôm là 836 J/(kg.K), của sắt là 460 J/(kg.K), của nước là 1 280 J/(kg.K). Bỏ qua sự mất mát nhiệt ra bên ngoài.

Phương pháp giải

- Tính nhiệt lượng của từng vật theo công thức:

Q=mc(t_sau-t_truoc)

- Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt:

Q_toả=Q_thu để tính khối lượng

Hướng dẫn giải

- Độ lớn của nhiệt lượng toả ra và nhiệt lượng thu vào là:

Q_toả= c₁m₁(t₂- t) + c₂m₂(t₂- t) = c₁m₁(t₂- t) + c₂(M – m₁)(t₂ - t) (1)

Q_thu= cm(t – t₁) + c₀m₀(t - t₀) (2)

Từ (1) và (2) dễ dàng tính được :

m₁  = 0,104 kg = 104 g ; m₂= 0,046 kg = 46 g.

Một viên đạn bằng đồng bay với vận tốc 500 m/s tới xuyên qua một tấm gỗ. Khi vừa ra khỏi tấm gỗ, vận tốc của viên đạn là 300 m/s. Hỏi nhiệt độ của viên đạn tăng lên bao nhiêu khi nó bay ra khỏi tấm gỗ.

Biết nhiệt dung riêng của đồng là 386 J/(kg.K). Coi toàn bộ cơ năng khi va chạm đều chuyển hoá thành nhiệt làm nóng viên đạn.

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức:

\(A' = \frac{{mv_1^2}}{2} - \frac{{mv_2^2}}{2}\) để tính công

- Áp dụng công thức:

Q = mc(t₂ – t₁) = mcΔt để tính nhiệt lượng

- Giải Q=A' để tính Δt

Hướng dẫn giải

- Khi bay qua tấm gỗ, viên đạn sinh công A' để thắng công cản của tấm gỗ và chuyển thành nhiệt Q làm nóng viên đạn :

Q = A'          (1)

- Ta có: \(A' = \frac{{mv_1^2}}{2} - \frac{{mv_2^2}}{2}\) (2)

Q = mc(t₂ – t₁) = mcΔt (3)

Từ (1), (2), (3) tính được : Δt ≈ 207°C.

Một lượng khí lí tưởng chứa trong một xilanh có pit-tông chuyển động được. Các thông số trạng thái ban đầu của khí là : 0,010 m³; 100 kPa ; 300 K. Khí được làm lạnh theo một quá trình đẳng áp tới khi thể tích còn 0,006 m³.

a) Vẽ đường biểu diễn quá trình biến đổi trạng thái trong hệ toạ độ (p,V).

b) Xác định nhiệt độ cuối cùng của khí.

c) Tính công của chất khí.

Phương pháp giải

a)  Vẽ đường biểu diễn như hình bên dưới

b) Áp dụng công thức:

\({T_2} = \frac{{{V_2}{T_1}}}{{{V_1}}} \) để tính nhiệt độ của khí

c) Tính công theo công thức: A = pΔV 

Hướng dẫn giải

a) Xem hình 33.1G.

b) Nhiệt độ cuối cùng của khí là:

\({T_2} = \frac{{{V_2}{T_1}}}{{{V_1}}} = \frac{{0,006.300}}{{0,01}} = 180K\)

c) Công của chất khí là:

A = pΔV = 105(0,01 - 0,006)

A = 400 J.

Người ta cung cấp nhiệt lượng 1,5 J cho chất khí đựng trong một xilanh đặt nằm ngang. Chất khí nở ra, đẩy pit-tông đi một đoạn 5 cm. Tính độ biến thiên nội năng của chất khí. Biết lực ma sát giữa pit-tông và xilanh có độ lớn là 20 N.

Phương pháp giải

- Tính công thực hiện theo công thức: A=F.l

- Tính độ biến thiên nội năng theo công thức:

ΔU = Q - F.l

Hướng dẫn giải

- Độ lớn của công chất khí thực hiện để thắng lực ma sát: A = F.l

- Vì chất khí nhận nhiệt lượng và thực hiện công nên :

ΔU = Q - F.l = 1,5 - 20.0,05 = 0,5 J