Tiêu đề 01_Noi nang va su bien thien noi nang_Baigiang.doc ✅

Nội năng. Độ biến thiên nội năng - Nội năng = Động năng chuyển động hỗn loạn + Thế năng tương tác (đẩy, hút) phân tử +) Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ, thể tích U = f(T, V) +) Nội năng của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc nhiệt độ: U = f(T) +) Hai cách làm thay đổi nội năng: thực hiện công và truyền nhiệt. - Độ biến thiên nội năng: ΔU = U 2 – U 1 +) Trong quá trình truyền nhiệt, nhiệt lượng do một vật thu vào hoặc mất đi cho bởi công thức: Q = m.C.Δt Trong đó: Q : nhiệt lượng thu vào hay tỏa ra (J) m : khối lượng của vật (kg) C : nhiệt dung riêng của vật (J/kg.độ) Δt = |t 1 – t 2 | với t 1 : nhiệt độ ban đầu, t 2 : nhiệt độ sau. +) Phương trình cân bằng nhiệt: Q toả = Q thu Quy ước: vật thu nhiệt Q > 0, vật tỏa nhiệt Q < 0. Ví dụ 1: Tính nhiệt lượng cần để đun 5 kg nước từ 15 o C đến 100 o C trong một cái thùng bằng sắt có khối lượng 1,5 kg. Biết nhiệt dung riêng của nước và sắt lần lượt là C 1 = 4200 J/kg.độ và C 2 = 460 J/kg.độ. Lời giải: Nhiệt lượng do nước hấp thụ: 31121QmCtt5.4200100151785.10J Nhiệt lượng do thùng hấp thụ: 22221QmCtt1,5.4601001558650J. Nhiệt lượng cần thiết: Q1843650J. Ví dụ 2: Một bình nhôm có khối lượng 0,5 kg chứa 0,118 kg nước ở nhiệt độ 20 o C. Người ta thả vào bình một miếng sắt có khối lượng 0,2 kg đã được đun nóng tới nhiệt độ 75 o C. Xác định nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt. Cho biết nhiệt dung riêng của nhôm là 920J/kgK; nhiệt dung riêng của nước là 4180J/kgK; và nhiệt dung riêng của sắt là 460J/kgK. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường xung quanh. Lời giải: Gọi t là nhiệt độ lúc cân bằng nhiệt. Nhiệt lượng của sắt toả ra khi cân bằng: Q 1 = m s c s (75 – t) = 92(75 – t) (J) Nhiệt lượng của nhôm và nước thu vào khi cân bằng nhiệt: Q 2 = m nh c nh (t – 20) = 460(t – 20) (J) Q 3 = m n c n (t – 20) = 493,24(t – 20) (J) Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: Q toả = Q thu  92(75 – t) = 460(t – 20) + 493,24(t – 20)  92(75 – t) = 953,24(t – 20) Giải ra ta được t ≈ 24,8 o C. Ví dụ 3: Bỏ miếng kim loại ở 20 o C vào chất lỏng ở 100 o C thì nhiệt độ cuối cùng của chúng là 90 o C. Sau đó lấy miếng kim loại ra, cho nó hạ xuống đến 30 o C rổi bỏ trở lại vào chất lỏng trên (ở 90 o C), khi có cân bằng nhiệt thì nhiệt độ của chúng là bao nhiêu? Lời giải: Gọi m, c, M, C lần lượt là khối lượng, nhiệt dung riêng của miếng kim loại và của chất lỏng. Miếng kim loại thu nhiệt, chất lỏng tỏa nhiệt : Q tỏa = Q thu Lần 1 : mc(9020)MC(10090) Lần 2 : mc(30 – t) = MC(90 – t) Chia vế cho vế : o902010090 t82,5C. 30t90t    Tài liệu bài giảng (Khóa Vật lý 10) NỘI NĂNG VÀ SỰ BIẾN THIÊN NỘI NĂNG
Ví dụ 4: Trong một bình chứa m 1 = 2 kg nước ở t 1 = 25 o C. Người ta thả vào bình m 2 kg nước đá ở o 2t20C . Tính nhiệt độ chung của hỗn hợp và khối lượng nước có trong bình khi cân bằng nhiệt trong các trường hợp sau:  a) m 2 = 1 kg  b) m 2 = 0,2 kg c) m 2 = 6 kg  Biết: C đá = 2100J/kg.K , Cnước = 4200J/kg.K , λ = 3,4.10 5 J/kg. Lời giải: Cần nắm các mốc chuyển trạng thái sau của nước: Nhiệt lượng cần cấp cho nước từ t o C giảm dần nhiệt độ xuống đến 0 o C: Q = mC nước (t – 0) Từ 0 o C nước thu nhiệt lượng và chuyển thể từ lỏng sang rắn: Q = mλ Khi đã hoàn toàn ở thể rắn nếu tiếp tục cấp nhiệt thì đá càng lạnh dần: Q = mC đá (0 – t’). a) Nhiệt lượng m 2 kg đá thu vào để tăng từ -20 o C đến 0 o C là: Q 2 = 1.2100(0 – (-20)) = 42 kJ Nhiệt lượng thu vào để m 2 kg đá tan ra: Q 2tan = 1.3,4.10 5 = 340 kJ. Nhiệt lượng m 1 kg nước tỏa ra từ 25 o C đến 0 o C là: Q 1 = 2.4200.(25 – 0) = 210 kJ. Do Q 2tan + Q 2 > Q 1 nên nhiệt lượng 2 kg nước tỏa ra không đủ để cấp cho 1kg đá tan hết.  Hỗn hợp còn chứa đá  Hỗn hợp ở nhiệt độ 0 o C. Gọi m là khối lượng đá chưa tan trong hỗn hợp: 35342.10m.3,4.10210.10m0,5kg.  Khối lượng nước trong bình = 2 + 1 – 0,5 = 2,5 kg. b) Tương tự câu a) Q 2thu = 0,2.2100.020 = 8400 J < Q 1  đá tan Nếu 0,2 kg đá tan cần Q đá tan = 0,2.3,4.10 5 = 68000 J Thấy 68000 + 8400 < 210000  Đá tan hết và 0,2 kg nhận nhiệt lượng để tăng nhiệt độ. Gọi t là nhiệt độ lúc cân bằng: Q tỏa = Q thu  2.4200.(25 – t) = 8400 + 68000 + 0,2.4200.(t – 0)  t ≈ 14,5 o C. Và bình hoàn toàn chứa nước = 2 + 0,2 = 2,2 kg nước. c) Thấy Q 2tỏa = 6.2100.(0 – (-20)) = 252 kJ > Q 1 = 210 kJ  Dự đoán là xảy ra nước chuyển thành đá. 2 kg nước chuyển thành đá cần: 2.3,4.10 5 = 680 kJ > (252 – 210) kJ  nước chưa chuyển hết thành đá, gọi m là khối lượng nước chuyển thành đá. Ta có, phương trình cân bằng nhiệt: 252.10 3 = 210.10 3 + m.3,4.10 5  m = 0,12 kg.  Khối lượng nước trong bình = 2 – 0,12 = 1,88 kg nước. Tổng khối lượng đá = 6 + 0,12 = 6,12 kg đá. Ví dụ 5: Trong nhiệt lượng kế chứa m 1 = 1 kg nước ở t 1 = 5 o C ta thả vào m 2 = 2 kg đá. Khi có cân bằng nhiệt, khối lượng nước đá đã tăng thêm m 3 = 10 g. Hỏi nhiệt độ ban đầu của nước đá? Biết C nước = 4200 J/kg.độ; C nước đá = 2100 J/kg.độ. Nhiệt nóng chảy của nước đá λ = 3,4.10 5 J/kg; nhiệt độ nóng chảy của nước đá là 0 o C (không để ý đến ảnh hưởng nhiệt độ của nhiệt lượng kế) Lời giải: Lúc cân bằng nhiệt có cả nước đá nên nhiệt độ lúc cân bằng là 0 o C - Nhiệt lượng tỏa ra của m 1 kg nước do nhiệt độ hạ từ t 1 đến 0 o C : Q 1 = m 1 C 1 (t 1 – 0) - Nhiệt lượng tỏa ra của m 3 kg nước do đông đặc : Q 3 = m 3 .λ - Nhiệt lượng thu vào của m 2 kg nước đá do nhiệt độ nước đá tăng từ t 2 đến 0 o C (t 2 < 0): Q 2 = m 2 C 2 (0 – t 2 ) Phương trình cân bằng nhiệt: Q tỏa = Q thu  1113222mCt0mmC0t 5 o1113 2 22 mCtm1.4200.50,01.3,4.10 t5,8C. mC2.2100   Ví dụ 6: Một quả bóng khối lượng 200 g rơi từ độ cao 15 m xuống sân và nảy lên được 10 m. Độ biến thiên nội năng của quả bóng bằng (lấy g = 10 m/ 2s ) A. 10 J B. 20 J C. 15 J D. 25 J Lời giải: ∆U = 1212EEmghh0,2.10.151010 J. Chọn A.
Ví dụ 7: Một viên đạn đại bác có khối lượng 10 kg khi rơi tới đích có vận tốc 54 km/h. Nếu toàn bộ động năng của nó biến thành nội năng thì nhiệt lượng tỏa ra lúc va chạm vào khoảng A. 1125 J B. 14580 J C. 2250 J D. 7290 J Lời giải: 22 mv10.15 QU1125 22 J. Chọn A.