Tiêu đề BÀI 4_NỘI NĂNG - NGUYÊN LÝ I NĐLH-HS.pdf ✅

1 BÀI 4. NỘI NĂNG. ĐỊNH LUẬT I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Khái niệm nội năng  Nội năng: tổng động năng và thế năng tương tác của các phân tử cấu tạo nên hệ U U U  d t Nhiệt độ T tăng ⇒ động năng Uđ tăng Thể tích V tăng ⇒ khoảng cách giữa các phân tử tăng ⇒ thế năng Ut thay đổi  Nội năng là một dạng năng lượng bên trong của hệ, nó chỉ phụ thuộc vào trạng thái của hệ. Nội năng của một vật phụ thuộc vào NHIỆT ĐỘ và THỂ TÍCH của vật. 2. Các cách làm biến đổi nội năng Thực hiện công Trong quá trình thực hiện công, có sự chuyển hóa từ một dạng năng lượng khác (ví dụ là cơ năng) sang nội năng Chà xát hai bàn tay lại với nhau, ta thấy ấm hơn. Khi đó công cơ học (ma sát) chuyển hóa thành nhiệt năng. Dùng tay thực hiện công cọ xát một miếng kim loại lên sàn nhà thì miếng kim loại nóng lên Cây đinh sẽ nóng lên khi ta lấy búa đập lên nhiều lần tạo ra dao động nhiệt trong cấu trúc tinh thể của cây đinh. Ấn piston, làm thay đổi thể tích bình chứa, các phân tử chuyển động nhiệt nhanh hơn. Truyền nhiệt Trong quá trình truyền nhiệt, không có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác mà chỉ có sự truyền nội năng từ vật này sang vật khác Làm miếng kim loại nóng lên bằng cách cho nó tiếp xúc với một nguồn nhiệt Nhiệt lượng thải ra từ nhà máy, làm cho Trái Đất nóng lên ⇒ Nội năng của Trái Đất tăng lên. Nung nóng một ống cylinder, áp suất chất lỏng tăng lên đẩy piston đi lên Nhiệt lượng: Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt 3. Định luật I nhiệt động lực học  Định luật I nhiệt động lực học là vận dụng định luật bảo toàn năng lượng vào các quá trình thay đổi nội năng.  Độ biến thiên nội năng của hệ bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được: ΔU Q A    Quy ước về dấu của A và Q o Q > 0: Vật nhận nhiệt lượng từ vật khác. o Q<0 : Vật truyền nhiệt lượng cho vật khác. o A>0 : Vật nhận công từ vật khác. o A<0 : Vật thực hiện công lên vật khác. Nhiệt lượng truyền cho hệ làm tăng nội năng của hệ và biến thành
2 công mà hệ sinh ra  Khối khí thực hiện chu trình: Quá trình kín (chu trình): Trạng thái cuối (2) trùng với trạng thái đầu (1): ⇒ khối khí nhận nhiệt thì nhiệt lượng đó chuyển thành công thực hiện ra bên ngoài  Động cơ nhiệt: Hoạt động dựa trên nguyên tắc biến nội năng của nhiên liệu thành cơ năng o Nguồn nóng có nhiệt độ T1 cung cấp nhiệt lượng Q1 cho động cơ o Bộ phận phát động trong đó tác nhân nhận nhiệt từ nguồn nóng, giãn nở sinh công A o Nguồn lạnh có nhiệt độ T2 < T1 nhận nhiệt lượng Q2 do động cơ tỏa ra. 4. Vận dung định luật I nhiệt động lực học Cần phải xác định được cách làm biến đổi nội năng của vật trong đề bài để lựa chọn các công thức thích hợp.  thu toa thu toa Q mc.Δt;Q Q A ΔU Q Q mc.Δt;Q m.λ; Q m.L;Q Q              0 Khoâng coù chuyeån theå: Coù chuyeån theå:  A     0 ΔU A Q với A Fs cos  α ; A W W   d d 2 1 ; A mgh  ; A  Ρ.t B. VÍ DỤ MINH HỌA  Câu hỏi giáo khoa Ví dụ 1. Cho hai viên bi bằng thép giống nhau, rơi từ cùng một độ cao. Viên thứ nhất rơi xuống đất mềm, còn viên thứ hai rơi xuống sàn đá rồi nảy lên đến độ cao nào đó và người ta bắt lấy nó. Hỏi viên nào nóng lên nhiều hơn? .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... Ví dụ 2. Trường hợp nào có nội năng lớn hơn : hỗn hợp khí trong xilanh của động cơ đốt trong ở cuối kì. nén (trước khi bị tia lửa đốt cháy) hay khí thải ở cuối kì thoát? .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... Ví dụ 3. Nêu một ví dụ về thực hiện công và truyền nhiệt lượng để thay đổi nội năng. .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... Ví dụ 4. Nội năng của vật biến đổi như thế nào trong các trường hợp sau: (a) Vật rắn đang nóng chảy (b) Nước đá đang tan (c) Hơi nước ngưng tụ ở nhiệt độ không đổi. .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... Ví dụ 5. Vào những ngày nắng, nếu bước vào những căn phòng có tường làm bằng kính cường lực bị đóng kín, ta thường thấy không khí trong phòng nóng hơn so với bên ngoài. Tại sao không khí trong
3 phòng bị nóng hơn so với không khí ngoài trời? Hãy đề xuất các biện pháp đơn giản để làm giảm sự tăng nhiệt độ của không khí trong phòng vào nhưng ngày trời nắng. .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................  Vận dụng định luật I nhiệt động lực học  Trong quá trình thực hiện công có sự chuyển hóa từ một dạng năng lượng khác (ví dụ là cơ năng) sang nội năng  Độ biến thiên nội năng của vật là ΔU Q A   Q > 0: vật nhận nhiệt lượng. Q < 0: vật truyền (tỏa) nhiệt lượng. A> 0: vật nhận công. A < 0: vật thực hiện (sinh) công.  Độ biến thiên nội năng của piston có tiết diện S  Giả sử trong cylinder tiết diện S, dưới piston có một lượng khí không đổi Người ta làm nóng khí để lượng khí dãn, đẩy pit- tông dịch chuyển lên cao một đoạn Δh.  Trong quá trình dãn này, áp suất P của khí không đổi, vì nó luôn cân bằng với áp suất khí quyển bên ngoài cộng với áp suất gây bởi trọng lượng của pit-tông đè lên khí. Khi đó, áp lực F của khí tác dụng lên pit- tông dã thực hiện một công ΔA' tính như sau : ΔA F.Δh P.S.Δh     Vì SΔh =ΔV, là độ tăng thể tích, nên: ΔA' = P.ΔV  ΔA' là công mà khí sinh ra. Ta có thể nói khí nhận được một công ғΔA=ΔA'. Ví dụ 6. Người ta thực hiện công 200 J để nén khí trong một xilanh. Tính độ biến thiên nội năng của khối khí, biết rằng khí truyền ra môi trường xung quanh nhiệt lượng 40 J. .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... Ví dụ 7. Người ta truyền cho khí trong xi-lanh một nhiệt lượng 100 J. Khí nở ra và thực hiện công 70 J đẩy pit-tông đi lên. Tính độ biến thiên nội năng khối khí. .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... Ví dụ 8. Một lượng khí được truyền 10 kJ nhiệt năng để nóng lên đồng thời bị nén bởi một công có độ lớn 100 kJ. Tính độ biến thiên nội năng của lượng khí này. .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... Ví dụ 9. 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. Nếu không khí nóng thực hiện một công có độ lớn là 4000 J. Tìm độ biến thiên nội năng của lượng khí. .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... Ví dụ 10. Thực hiện công 200 J lên một pittong để nén khí trong một xi-lanh. Tính độ biến thiên nội năng của chất khí, biết khí truyền ra môi trường xung quanh có nhiệt lượng 50 J. .................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................