Giải bài tập SGK Vật lý 10 Bài 32 : Nội năng và sự biến thiên nội năng

Phát biểu định nghĩa nội năng.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được định nghĩa nội năng

Hướng dẫn giải

Trong nhiệt động lực học, người ta gọi tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật là nội năng của vật.

Nội năng của một lượng khí lí tưởng có phụ thuộc vào thể tích khí không? Tại sao?

Phương pháp giải

Nội năng của một lượng khí lí tưởng không phụ thuộc vào thể tích khí.

Hướng dẫn giải

Không , vì nội năng của khí lí tưởng không bao gồm thế năng tương tác phân tử, nên không phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử - tức không phụ thuộc vào thể tích khí.

Nhiệt lượng là gì? Viết công thức tính nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa ra khi nhiệt độ của vật thay đổi. Nêu tên các đơn vị của các đại lượng trong công thức.

Phương pháp giải

- Nhiệt lượng là số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt

- Công thức: Q = ΔU = m.c.Δt

Hướng dẫn giải

Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng: Q = ΔU

(đơn vị của Q và ΔU là Jun)

Công thức tính nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa ra khi nhiệt độ của vật thay đổi:

Q = m.c.Δt; Trong đó c là nhiệt dung riêng (J/kg.K), Δt là độ tăng hoặc giảm của nhiệt độ (ºC hoặc K), m là khối lượng của vật (kg).

Nội năng của một vật là

A. tổng động năng và thế năng của vật

B. tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật

C. tổng nhiệt lượng và cơ năng mà vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt và thực hiện công.

D. nhiệt lượng vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt.

Phương pháp giải

Để trả lời câu này cần nắm được định nghĩa nội năng

Hướng dẫn giải

- Nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật.

- Chọn B.

Câu nào sau đây nói về nội năng là không đúng?

A. Nội năng là một dạng năng lượng

B. Nội năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác

C. Nội năng là nhiệt lượng

D. Nội năng của một vật có thể tăng lên, giảm đi

Phương pháp giải

Nội năng là một dạng năng lượng, có thể tăng lên, giảm đi và có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác.

Hướng dẫn giải

- Số đo độ biến thiên của nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng.

- Ở đáp án C: Nội năng là nhiệt lượng ⇒ Câu này sai

- Chọn C. 

Câu nào sau đây nói về nhiệt lượng là không đúng?

A. Nhiệt lượng là số đo độ tăng nội năng của vật trong quá trình truyền nhiệt

B. Một vật lúc nào cũng có nội năng, do đó lúc nào cũng có nhiệt lượng

C. Đơn vị của nhiệt lượng cũng là đơn vị của nội năng

D. Nhiệt lượng không phải là nội năng.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được định nghĩa nhiệt lượng.

Hướng dẫn giải

- Một vật lúc nào cũng có nội năng, nhưng không phải lúc nào cũng có nhiệt lượng

- Nhiệt lượng là số đo độ tăng nội năng của vật trong quá trình truyền nhiệt

- Chọn B.

Một bình nhôm khối lượng 0,5 kg chứa 0,118 kg nước ở nhiệt độ 20^o C. Người ta thả vào bình một miếng sắt khối lượng 0,2 kg đã được nung nóng tới 75^o C. Xác định nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt.

Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Nhiệt dung riêng của nhôm là 896 J/(kg.K); của nước là 4,18.10³J(kg.K); của sắt là 0,46. 10³ J(kg.K).

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức nhiệt lượng cho 2 quá trình:

+ Q₁ = m₁.c₁. Δt₁

+ Q₂ = m₂.c₂.Δt₂

- Áp dụng tính chất: Tổng nhiệt lượng thu vào bằng nhiệt lượng tỏa ra:

⇒ Q₁ + Q₂ = Q₃

thay số vào ta tính được nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt (t)

Hướng dẫn giải

- Gọi 

+ m₁,m₂,m₃ lần lượt là khối lượng của bình nhôm, nước và miếng sắt

+ t₁ là nhiệt độ ban đầu của bình nhôm và nước ở trong bình, ta có t₁ =20⁰C

+ t₂ =75⁰C là nhiệt độ ban đầu của miếng sắt

+ t là nhiệt độ của nước khi có sự cân bằng nhiệt.

- Nhiệt lượng mà nước thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt:

Q₁ = m₁.c₁. Δt₁

- Nhiệt lượng mà bình nhôm thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt:

Q₂ = m₂.c₂.Δt₂

- Nhiệt lượng miếng sắt tỏa ra cho đến khi cân bằng nhiệt:

Q₃ = m₃.c₃.Δt₃

- Tổng nhiệt lượng thu vào bằng nhiệt lượng tỏa ra:

Q₁ + Q₂ = Q₃

- Thay số vào, ta được:

\(\begin{array}{*{20}{l}} {{Q_{toa}} = {Q_{thu}}}\\ { \Leftrightarrow {m_3}{c_3}\left( {{t_2} - t} \right) = \left( {{m_1}{c_1} + {m_2}{c_2}} \right)\left( {t - {t_1}} \right)}\\ { \Leftrightarrow {{0,2.0,46.10}^3}\left( {75 - t} \right) = \left( {0,5.896 + {{0,118.4,18.10}^3}} \right)\left( {t - 20} \right)}\\ { \Leftrightarrow 6900 - 92t = 941,24t - 188824,8}\\ { \Rightarrow t \approx {{25}^0}C} \end{array}\)

Một nhiệt lượng kế bằng đồng thau khối lượng 128 g chứa 210 g nước ở nhiệt độ 8,4^o C. Người ta thả một miếng kim loại khối lượng 192 g đã nung nóng tới 100^oC vào nhiệt lượng kế. Xác định nhiệt dung riêng của chất làm miếng kim loại, biết nhiệt độ khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt là 21,5^o C.

Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Nhiệt dung riêng của đồng thau là 0,128.10³ J/(kg.K).

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức nhiệt lượng cho 3 quá trình:

+ Q₁ = m₁.c₁. Δt₁

+ Q₂ = m₂.c₂.Δt₂

+ Q₃ = m₃.c₃.Δt₃

- Áp dụng tính chất: Tổng nhiệt lượng thu vào bằng nhiệt lượng tỏa ra:

⇒ Q₁ + Q₂ = Q₃

thay số vào ta tính được nhiệt dung riêng của chất làm miếng kim loại (c₃)

Hướng dẫn giải

- Nhiệt lượng mà nước thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt:

Q₁ = m₁.c₁. Δt₁

- Nhiệt lượng mà bình nhiệt lượng kế đồng thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt:

Q₂ = m₂.c₂.Δt₂

- Nhiệt lượng miếng kim loại tỏa ra cho đến khi cân bằng nhiệt:

Q₃ = m₃.c₃.Δt₃

- Tổng nhiệt lượng thu vào bằng nhiệt lượng tỏa ra:

Q₁ + Q₂ = Q₃

⇔ (m₁.c₁ + m₂.c₂).Δt₁ = m₃.c₃.Δt₃

- Thay số ta được: (lấy c_nước = c₁ = 4,18.10³ J/(kg.K) )

⇒ (0,21.4,18.10³ + 0,128.0,128.10³).(21,5 – 8,4) = 0,192.c₃.(100 – 21,5)

⇒ c₃ = 0,78.10³ J/(kg.K)

Vậy nhiệt dung riêng của chất làm miếng kim loại là 0,78.10³ J/(kg.K)