CHƯƠNG VI

 

CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

 

 

Nhiệt động lực học nghiên cứu các hiện tượng nhiệt về mặt năng lượng và biến đổi năng lượng.

 

Máy bay phản lực Boeing777 của hãng hàng không Việt Nam - VNAirlines

 

 

 

32

 

NỘI NĂNG VÀ SỰ BIẾN THIÊN NỘI NĂNG

 

 

 

 1. Kiến thức

  - Phát biểu được định nghĩa nội năng trong nhiệt động lực học.

  - Nêu được các ví dụ cụ thể về thực hiện công và truyền nhiệt.

  - Viết được công thức tính nhiệt lượng vật thu vào hay toả ra, nêu được tên và đơn vị của các đại lượng có mặt trong công thức.

2. Kỹ năng

  - Chứng minh được nội năng của một vật phụ thuộc nhiệt độ và thể tích.

  - Giải thích được một cách định tính một số hiện tượng đơn giản về thay đổi nội năng.

  - Vận dụng được công thức tính nhiệt lượng để giải các bài tập ra trong bài và các bài tập tương tự.

3. Thái độ

  - Có ý thức bảo vệ môi trường.

  

Nếu có người hỏi em phần lớn năng lượng đang được con người sử dụng là dạng năng lượng nào thì chắc em sẽ nghĩ tới điện năng, cơ năng hoặc năng lượng nguyên tử, chứ ít nghĩ tới "nội năng". Ấy thế mà trên 80% năng lượng con người đang sử dụng lại được khai thác từ nội năng. Vậy nội năng là gì và tại sao lại có vai trò quan trọng như thế trong đời sống con người?

 

 

 

I - NỘI NĂNG

 Nội năng thực ra không phải là dạng năng lượng xa lạ đối với chúng ta. Chúng ta đã được làm quen với một bộ phận của dạng năng lượng này đó là nhiệt năng.

  - Nhiệt năng của một vật là tổng động năng của các phân tử cấu tạo nên vật.

  - Nhiệt độ của vật càng cao thì nhiệt năng của vật càng lớn.

 1. Nội năng là gì?

 Do giữa các phân tử có lực tương tác nên ngoài động năng các phân tử còn có thế năng tương tác phân tử, gọi tắt là thê' năng phân tử. Thế năng phân tử phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử.

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

  Nội năng của vật được kí hiệu bằng chữ U và có đơn vị là jun (J).

 2. Độ biến thiên nội năng (ΔU)

  Độ biến thiên nội năng là phần nội năng tăng thêm lên hay giảm bớt đi trong một quá trình.

Chú ý: Ở các phần sau chúng ta sẽ thấy trong nhiệt động lực học người ta không quan tâm đến nội năng của vật mà chỉ quan lâm đến độ biến thiên nội năng (ΔU) của vật nghĩa là chỉ quan tâm đến phần nội năng mà vật nhận thêm được hay mất bớt đi.

II - CÁC CÁCH LÀM THAY ĐỔI NỘI NĂNG

 Chúng ta đã biết có hai cách làm thay đổi nhiệt năng là thực hiện công và truyền nhiệt. Đó cũng chính là hai cách làm thay đổi nội năng.

 1. Thực hiện công

 Khi thực hiện công để cọ xát miếng kim loại trên mặt bàn thì miếng kim loại nóng lên. Nội năng của miếng kim loại đã thay đổi.

  Khi thực hiện công để ấn pittông của xilanh chứa khí xuống thì thể tích khí trong xilanh giảm, đồng thời khí nóng lên. Nội năng của khí đã thay đổi (Hình 32.1).

  Các quá trình làm thay đổi nội năng như trên được gọi là quá trinh thực hiện công còn gọi tắt là thực hiện công. Trong quá trình thực hiện công, có sự chuyển hoá từ một dạng năng lượng khác (ở các thí dụ trên là cơ năng) sang nội năng. Trong quá trình thực hiện công có sự chuyển hóa từ một dạng năng lượng khác (ở các ví dụ trên là cơ năng) sang nội năng.

 2. Truyền nhiệt

  a) Quá trình truyền nhiệt

Cũng có thể làm cho miếng kim loại, khí trong xilanh nóng lên bằng cách cho tiếp xúc với nguồn nhiệt. Khi đó nội năng của miếng kim loại, khí trong xilanh cũng thay đổi.

  Quá trình làm thay đổi nội năng mà không có sự thực hiện công gọi là quá trinh truyền nhiệt, gọi tắt là truyền nhiệt.

  Trong quá trình truyền nhiệt, không có sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác chỉ có sự truyền nội năng từ vật này sang vật khác.

 

 

Hình 32.1

Video 32.1. Thực hiện công và truyền nhiệt

  b) Nhiệt lượng

 Số đo độ biến thiên nội năng trong qua trình truyền nhiệt là nhiệt lượng (còn gọi tắt là nhiệt).

ΔU = Q     (32.1)

  ΔU là độ biến thiên nội năng của vật trong quá trình truyền nhiệt; Q là nhiệt lượng vật nhận được từ vật khác hay toả ra cho vật khác.

  Ở lớp 8 chúng ta đã học công thức tính nhiệt lượng vật thu vào hay toả ra khi nhiệt độ của vật thay đổi. Nhiệt lượng nhận được hay mất đi trong sự truyền nhiệt:

  (32.2)

  trong đó : Q là nhiệt lượng vật thu vào hay toả ra (J) ; m là khối lượng của vật (kg) ; c là nhiệt dung riêng của chất cấu tạo vật (J/kg.độ) ; Δt là độ biến thiên nhiệt độ (°C hoặc K).

BẢNG 32.1

NHIỆT DUNG RIÊNG MỘT SỐ CHẤT

Chất

J/Kg độ

KCal/Kg độ

Hy-đrô

14,27.103

3,14

Hêli

5,27.103

1,26

Rượu

2,24.103

0,58

Ête

2,34.103

0,56

Dầu lửa

2,13.103

0,51

Nước đá

2,01.103

0,48

Không khí

1,00.103

0,24

Nhôm

0,92.103

0,22

Thủy tinh

0,79.103

0,19

Kim cương

0,50.103

0,12

Sắt

0,46.103

0,11

Đồng

0,38.103

0,09

Bạc

0,21.103

0,05

Thiếc

0,21.103

0,05

Thủy ngân

0,13.103

0,03

Chì

0,13.103

0,03

 * Công cụ kiểm tra đáp số bài toán hay thí nghiệm ảo về sự cân bằng nhiệt:

 

 

 

Trong nhiệt động lực học, nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Nội năng của vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật: U = f(T,V).

Có thể làm thay đổi nội năng bằng các quá trình thực hiện công, truyền nhiệt.

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

Nhiệt lượng mà một lượng chất rắn hoặc lỏng thu vào hay toả ra khi thay đổi nhiệt độ được tính bằng công thức:

        Q= Δmct

 

Câu 1. Phát biểu định nghĩa nội năng? Nội năng của một lượng khí lý tưởng có phụ thuộc vào thể tích hay không? Tại sao?

Câu 2. Nêu các cách làm biến đổi nội năng. Các cách này giống và khác nhau ở những điểm nào?

Câu 3. Nhiệt lượng là gì? Viết công thức tính nhiệt lượng của một lượng chất thu vào hay toả ra khi nhiệt độ thay đổi?

 

 

 

32.1. Ghép nội dung ở cột bên trái với nội dung tương ứng ở cột bên phải để được một câu có nội dung đúng.

1. Nội năng là

a) càng cao khi động năng trung bình của các phân tử cấu tạo nên vật càng lớn.

2. Nội năng của một lượng khí lí tưởng

b) J/(kg.K).

3. Nhiệt độ của vật

c) số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt.

4. Nhiệt lượng là

d) quá trình nội năng được chuyển hóa thành cơ năng và ngược lại.

5. Công là

đ) tổng động năng và thế năng của các nguyên tử , phân tử cấu tạo nên vật.

6. Truyền nhiệt là

e) chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

7. Thực hiện công là

g) Q = mcΔt.

8. Công thức tính nhiệt lượng là

h) số đo sự biến thiên nội năng trong quá trình thực hiện công.

9. Đơn vị nhiệt dunh riêng là

i) quá trình trong đó chỉ có sự chuyền nội năng từ vật này sang vật khác.

32.2. Câu nào đúng? Nhiệt độ của vật giảm là do các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật

A. ngừng chuyển động.

B. nhận thêm động năng.

C. chuyển động chậm dần.

D. va chạm vào nhau.

32.3. Nhiệt độ của vật không phụ thuộc vào yếu tố nào sau đây?

A. Khối lượng của vật.

B. Vận tốc của các phân tử cấu tạo nên vật.

C. Khối lượng của từng phân tử cấu tạo nên vật.

D. Cả ba yếu tố trên.

32.4. Câu nào sau đây nói về nội năng là đúng?

A. Nội năng là nhiệt lượng.

B. Nội năng của A lớn hơn nội năng của B thì nhiệt độ của A cũng lớn hơn nhiệt độ của B.

C. Nội năng của vật chỉ thay đổi trong quá trình truyền nhiệt, không thay đổi trong quá trình thực hiện công.

D. Nội năng là một dạng năng lượng.

32.5. Các câu sau đây, câu nào đúng, câu nào sai ?

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

2. Một vật có nhiệt độ càng cao thì càng chứa nhiều nhiệt lượng.

3. Trong sự truyền nhiệt không có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác.

4. Trong quá trìng truyền nhiệt và thực hiện công. Nội năng của vật được bảo toàn.

5. Nhiệt lượng là một dạng năng lượng có đơn vị là jun.

32.6. Người ta bỏ một miếng hợp kim chì và kẽm có khối lượng 50 g ở nhiệt độ 1360C vào một nhiệt lượng kế có nhiệt dung (nhiệt lượng cần để làm cho vật nóng lên thêm 10C) là 50 J/K chứa 100 g nước ở 140C. Xác định khối lượng của kẽm và chì trong hợp kim trên, biết nhiệt độ khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt trong nhiệt lượng kế là 180C. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài.

Nhiệt dung riêng của kẽm là 337 J/(kg.K), của chì là 126 J/(kg.K), của nước là 4180 J/(kg.K).

32.7. Một quả bóng khối lượng 100 g rơi từ độ cao 10m xuống sân và nảy lên được 7m. Tại sao bóng không nảy lên được tới độ cao ban đầu ? Tính độ biến thiên nội năng của quả bóng , mặt sân và không khí.

32.8. Người ta cung cấp cho chất khí đựng trong xilanh một nhiệt lượng 100 J. Chất khí nở ra đẩy pit – tông lên và thục hiện một công là 70 J. Hỏi nội năng của khí biến thiên một lượng bằng bao nhiêu?

32.9*. Để xác định nhiệt độ của một cái lò , người ta đưa vào lò một miếng sắt khối lượng 22,3 g. Khi miếng sắt có nhiệt độ bằng nhiệt độ của lò , ngườ ta lấy ra và thả ngay vào một nhiệt lượng kế chứa 450 g nước ở nhiệt độ 150C. Nhiệt độ của nước tăng lên tới 22,50C.

 a) Xác định nhiệt độ của lò. Biết nhiệt dung riêng của sắt là 478 J/(kg.K), của nước là 4180 J/(kg.K).

 b) Trong câu trên người ta đã bỏ qua sự hấp thụ nhiệt của nhiệt lượng kế. Thực ra nhiệt lượng kế có khối lượng là 200 g và làm bằng chất có nhiệt dung riêng là 418 J/(kg.K). Hỏi nhiệt độ xác định ở câu trên sai bao nhiêu phần trăm so với nhiệt độ của lò?

 

 

 

1. Nơi nào nóng nhất trên trái đất?

Nếu bạn đoán là Thung lũng chết ở California, Mỹ, thì bạn hoàn toàn sai. El Azizia ở Libya đã đạt được nhiệt độ kỷ lục 57,8 độ C vào 13/9/1922. Thung lũng chết chỉ đạt 56,6 độ C vào 10/7/1913.

El Azizia ở Libya
El Azizia ở Libya (Ảnh: fao.org)

2. Nơi lạnh nhất trên thế giới?

Ở rất xa, nhiệt độ thấp nhất từng đo được trên trái đất là -89 độ C ở Vostok, Nam Cực, vào ngày 21/7/1983.

 

Hiệu ứng nhà kính

Nhiệt dung riêng

Cưa không răng

“Bản lĩnh” của màu đen vật thể

Muốn làm lạnh vật, đặt trên hay dưới nước đá?

Chúng ta có thể chịu được nóng đến mức nào?

 

 

 

 

http://hocmai.vn/mod/quiz/view.php?id=9741