§32. NỘI NĂNG VẢ sự BIẾN THIÊN NỘI NĂNG KIẾN THỨC Cơ BẢN Nội năng Nội năng Trong nhiệt động lực học người ta gọi tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật gọi là nội năng của vật. Nội năng của vật được kí hiệu bằng chữ u và có đơn vị là jun [J] Độ biến thiên nội năng Trong nhiệt động lực học người ta không quan tâm đến nội năng của vật mà quan tâm đến độ biến thiên nội năng [AU] của vật, nghĩa là phần nội năng tăng thêm lên hay giảm bớt đi trong một quá trình. Các cách làm thay đổi nội năng Thực hiện công Các quá trình làm thay đổi nội năng được gọi là quá trình thực hiện công, còn gọi tắt là sự thực hiện công. 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. Truyền nhiệt Nội năng của một vật có thể làm thay đổi bằng truyền nhiệt. Quá trình truyền nhiệt Quá trình làm thay đổi nội năng không có sự thực hiện công gọi là quá trình truyền nhiệt, còn gọi tắt là sự truyền nhiệt. Trong quá trình truyền nhiệt không có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác, chỉ có sự truyền nội năng từ vật này sang vật khác. Nhiệt lượng Số đo độ biến thiên của nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng [còn gọi tắt là nhiệt]. AU = Q [32.1] AU là độ biến thiên nội năng của vật trong quá trình truyền nhiệt; Q là nhiệt lượng vật nhận được từ vật khác hay tỏa ra cho vật khác. Công thức tính nhiệt lượng mà một lượng chất rắn hoặc lỏng thu vào hay tỏa ra khi nhiệt độ thay đổi: Q = mcAt [32.2] trong đó: Q là nhiệt lượng thu vào hay tỏa ra [J]; m là khối lượng [kg]; c là nhiệt dung riêng của chất [J/kg.K]; At là độ biến thiên nhiệt độ [°C hoặc K]. HOẠT ĐỘNG C1. Hãy chúng tỏ nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật: u = f[T, V] C2. Hãy chứng tỏ nội năng của một lượng khí lí tưởng chỉ phụ thuộc nhiệt độ. C3. Hãy so sánh sự thực hiện công và sự truyền nhiệt; công và nhiệt lượng. C4. Hãy mô tả và nêu tên các hình thức truyền nhiệt trong các hiện tượng vẽ ở hình 32.1. Giải bài tập vật lí 10 - 107 a] Người thợ rèn đang nung dỏ thanh sắt b] Cảnh bãi biển lúc mặt trời mọc Hình 32.1 £ i • '' v r V J XX ® f ĩ c] Học sinh đin nẾC Èm thi nghệm c. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Phát biểu định nghĩa nội năng. Nội năng của một lượng khí lí tưởng có phụ thuộc vào thể tích khí không? Tại sao? 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 và đơn vị của các đại lượng trong công thức. Nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng của vật. tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật. c. tổng nhiệt lượng và cữ năng mà vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt và thục hiện công. D. nhiệt lượng vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt. Chọn đáp án đúng. Câu nào sau đây nói về nội năng là không đúng? Nội năng là một dạng nàng lượng. 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 thế’ tăng lên, giảm đi. Câu nào sau đây nói về nhiệt lượng là không đúng? Nhiệt lượng là sô' đo độ tăng nội nàng của vật trong quá trình truyền nhiệt. 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 phổi là nội năng. Một bình nhôm khôi lượng 0,5kg chứa 0,118kg nước ở nhiệt độ 20°C. Người ta thả vào bình một miếng sắt khôi lượng 0,2kg đã được nung nóng tới 75°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 0,92.103 J/[kg.K]; của nước là 4,18.103 J/[kg.K]; của sắt là 0,46.103J/[kg.K] Một nhiệt lượng kê bằng đồng thau khôi lượng 128g chứa 210g nước ở nhiệt độ 8,4°c. Người ta thả một miếng kim loại khối lượng 192g đã nung nóng tới 100°C 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°c. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Nhiệt dung riêng của đồng thau là 0,128.103 J/[kg.K]. D. LỜI GIẢI • Hoạt động Cl. Khi nhiệt độ của vật thay đổi thì vận tốc phân tử thay đổi => động năng ■ phân tử thay đổi => nội năng vật thay đổi u = f[T] Khi thể tích của vật thay đổi thì khoảng cách giữa các phân tử thay đổi thế năng tương tác phân tử thay đổi => nội năng vật thay đổi u = Í[V] Như vậy: u = f[V,T] C2. Theo định nghĩa khí lí tưởng: các phân tử chỉ tương tác khi va chạm khí lí tưởng không có thế năng, chỉ có động năng phụ thuộc vào TVật nội năng u chỉ phụ thuộc nhiệt độ T. C3. * Trong quá trình thực hiện công có sự chuyển hóa dạng năng lượng. Cơ năng thành nội năng, còn trong truyền nhiệt thì không có sự chuyển hóa này. * Công là phần năng lượng truyền từ vật này sang vật khác trong quá trình thực hiện công, còn nhiệt lượng là phần nội năng truyền từ vật này sang vật khác trong quá trình truyền nhiệt. Truyền nhiệt dần nhiệt: Truyền nhiệt bức xạ: Truyền nhiệt đối lưu: . C4. Nhiệt lượng truyền trực tiếp từ than hồng sang thanh sắt. Mặt Trời truyền nhiệt cho Trái Đất nhờ phát ra tia bức xạ. Câu hỏi và bài tập 1. Tr. 170. SGK. 3. Tr. 172 SGK. 5. c. Đèn cồn truyền nhiệt cho bình nước nhờ sự lưu chuyển của không khí nóng. Xem câu C2 ở phần A. B. B. Khi thả miếng sắt vào bình nhôm chứa nước thì sắt sẽ truyền nhiệt cho nước và bình nhôm, sắt nguội đi, nước và bình nhôm nóng lên. Khi ba vật có cùng nhiệt độ thì kết thúc truyền nhiệt [đạt cân bằng nhiệt]. Nhiệt luợng sắt tỏa ra: Qtáa = mscs[t2 - t] Nhiệt lượng nước thu vào: Qi = mncn[t«- ti] Nhiệt lượng bình nhôm thu vào: Q2 = mnhcnh[t - ti] Áp dụng: Qtoả = Qthu mscs[t2 - t] = [mncn + mnhcnh][t - ti] o 0,2.0,46.103[75 - t] = [0,118.4,18.103 + 0,5.0,92.103][t - 20] => t = 25°c 8. Nhiệt lượng kế: ti = 8,4°c mđ = 0,128kg mn = 0,210kg’ Kim loại: mK = 0,192kg; t2 = 100°C Nhiệt độ cân bằng: t = 21,5°c Qthu = Qtoã [mđcđ + mncn][t - ti] = mkck[t2 - t] ’ „3? J , Thay sô, tính được: ck « 0,78.103[———] kg.K
Xem toàn bộ tài liệu Lớp 10: tại đây
Xem thêm các sách tham khảo liên quan:
- Giải Vật Lí Lớp 10
- Sách Giáo Khoa Vật Lý 10
- Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 10
- Giải Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao
- Sách giáo khoa vật lý 10 nâng cao
- Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao
- Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10
- Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao
Giải Sách Bài Tập Vật Lí 10 – Bài 32 : Nội năng và sự biến thiên nội năng giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:
Bài 32.1, Bài 32.2, Bài 32.3, Bài 32.4 trang 77 Sách bài tập Vật Lí 10:
32.1. Câu nào sau đây nói về nguyên nhân của sự thay đổi nhiệt độ của một vật là 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 đi
D. va chạm vào nhau.
32.2. Nhiệt độ của vật không phụ thuộc vào yếu tố nào sau đây ?
A. Khối lượng của vật.
B. Vận tốc của các phân tứ cấu tạo nên vật.
C. Khối lượng của từng phân tử cấu tạo nên vật.
D. Cả ba yếu tố trên.
32.3. Câu nào sau đây nói về nội năng là đúng ?
A. Nội năng là nhiệt lượng.
B. Nội năng của vật A lớn hơn nội năng của vật B thì nhiệt độ của vật cũng lớn hơn nhiệt độ của vật B.
C. Nội năng của vật chì thày’đổi trong quá trình truyền nhiệt, không thay đổi trong quá trình thực hiện công.
D. Nội năng là một dạng năng lượng.
32.4. Câu nào sau đây nói về truyền nhiệt và thực hiện công là không đúng ?
A. Thực hiện công là quá trình có thể làm thay đổi nội năng của vật.
B. Trong thực hiện công có sự chuyển hoá từ nội năng thành cơ năng V ngược lại.
C. Trong truyền nhiệt có sự truyền động nâng từ phân tử này sang phân tử khác.
D. Trong truyền nhiệt có sự chuyển hoá từ cơ năng sang nội năng và ngược lại.
Lời giải:
32.1: Chọn đáp án C
32.2: Chọn đáp án A
32.3: Chọn đáp án D
32.4: Chọn đáp án D
Bài 32.5 trang 78 Sách bài tập Vật Lí 10: Người ta thực hiện một công 60 kJ để nén đẳng nhiệt một lượng khí. Độ biến thiên nội năng và nhiệt lượng do khí tỏa ra là:
A. ΔU = -60 kJ và Q = 0.
B. ΔU = 60 kJ và Q = 0.
C. ΔU = 0 và Q = 60 kJ.
D. ΔU = 0 và Q = -60 kJ.
Lời giải:
Chọn đáp án C
Bài 32.6 trang 78 Sách bài tập Vật Lí 10: Chất khí không thực hiện công trong quá trình nào của đường biểu diễn vẽ ở hình 32.1.
A. 1 → 2. B. 4 → 1.
C. 3 → 4. D. 2 → 3.
Lời giải:
Chọn đáp án B
Bài 32.7 trang 78 Sách bài tập Vật Lí 10: Tại sao nội năng của vật ở trạng thái rắn thì phụ thuộc vào thể tích và nhiệt độ của vật, còn ở trạng thái khí lí tưởng thì chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, không phụ thuộc vào thể tích ?
Lời giải:
Nhiệt độ của vật liên quan đến vận tốc chuyển động của các phân tử, nghĩa là liên quan đến động năng phân tử, còn thể tích của vật liên quan đến khoảng cách giữa các phân tử, nghĩa là liên quan đến lực tương tác phân tử và thế năng phân tử. Đối với chất rắn thì lực tương tác phân tử rất lớn nên thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật là đáng kể vì vậy nội năng của vật vừa phụ thuộc vào nhiệt độ, vừa phụ thuộc vào thể tích ; còn đối với khí lí tưởng vì lực tương tác phân tử là không đáng kể, nên thế năng phân tử là không đáng kể, vì vậy nội năng chỉ phụ thuộc nhiệt độ, không phụ thuộc thể tích.
Bài 32.8 trang 78 Sách bài tập Vật Lí 10: Người ta bỏ một miếng hợp kim chì và kẽm có khối lượng 50 g ở nhiệt độ 136oC vào một nhiệt lượng kế có nhiệt dung [nhiệt lượng cần để làm cho vật nóng thêm lên 1oC] là 50 J/K chứa 100 g nước ở 14oC. 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 18oC. 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 4 180 J/[kg.K].
Lời giải:
Nhiệt lượng toả ra :
Q = m1c1Δt + [0,05 – m1 ]c2 Δt [1]
Ở đây m1, c1 là khối lượng và nhiệt dung riêng của kẽm, c2 là nhiệt dung riêng của chì.
Nhiệt lượng thu vào :
Q’ = mcΔt’ + c’Δt’ = [mc + c’]Δ t’ [2]
Ở đây m, c là khối lượng và nhiệt dung riêng của nước, c’ là nhiệt dung riêng của nhiệt lượng kế.
Từ [1] và [2] rút ra :
Khối lượng của chì m2 = 0,05 – m1, hay m2 = 0,005 kg.
Bài 32.9 trang 78 Sách bài tập Vật Lí 10: Một quả bóng khối lượng 100 g rơi từ độ cao 10 m xuống sân và nảy lên được 7 m. 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.
Lời giải:
Vì một phần cơ năng của quả bóng đã chuyển hoá thành nội năng của bóng, sân và không khí:
ΔU = E1 – E2 = mg[h1 – h2] = 2,94 J
Bài 32.10 trang 79 Sách bài tập Vật Lí 10: Người ta cung cấp cho chất khí đựng trong xi lanh một nhiệt lượng 100 J. Chất khí nở ra đẩy pit-tông lên và thực hiện một công là 70 J. Hỏi nội năng của khí biến thiên một lượng bằng bao nhiêu ?
Lời giải:
Khí nhận nhiệt lượng và thực hiện công nên : Q > 0 và A < 0 :
ΔU = Q + A= 100 – 70 = 30 J
Bài 32.11 trang 79 Sách bài tập Vật Lí 10: 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, người ta lấy ra và thả ngay vào một nhiệt lượng kế chứa 450 g nước ở nhiệt độ 15oC. Nhiệt độ của nước tăng lên tới 22,5oC.
a] Xác định nhiệt độ của lò. Biết nhiệt dung riêng của sắt là 478 J/[kg.K], của nước là 4 180 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 ?
Lời giải:
a] Nhiệt lượng do sắt toả ra : Q = m1c1[t1 – t]
Nhiệt lượng do nước thu vào : Q2 = m2c2[t – t2]
Vì Q1 = Q2 nên : m1c1 [t1– t] = m2c2[t – t2]
t1 ≈ 1 346o C
b] Nhiệt lượng do nhiệt lượng kế thu vào :
Q3 = m3c3[t – t2]
Ta có Q1 = Q2 + Q3. Từ đó tính được : t1 ≈ 1 405oC
Sai số tương đối là :