Giải Vật Lý 10 Bài 32. Nội năng và sự biến thiên nội năng

  • Bài 32. Nội năng và sự biến thiên nội năng trang 1
  • Bài 32. Nội năng và sự biến thiên nội năng trang 2
  • Bài 32. Nội năng và sự biến thiên nội năng trang 3
  • Bài 32. Nội năng và sự biến thiên nội năng trang 4
Chương VI. cơ sở CỦA NHIỆT ĐỘNG Lực HỌC
Bài 32. Nộ! NĂNG VÀ sự BIẾN THIÊN NỘI NĂNG
A. KIẾN THỨC CẦN NAM vững
Nội năng
Nội năng
Trong nhiệt động lực học người ta gọi tốhg động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật gọi là nội năng của vật. Kí hiệu chữ Ư và có đơn vị là Jun (J).
Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật. Ta có thể viết: u = f(T, V).
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 biển thiên nội năng (AU) của vật, nghĩa là chỉ quan tâm tới phần nội năng tăng thêm hay giảm bớt đi.
II. Các cách 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.
Truyền nhiệt
Nội năng của một vật có thế’ làm thay đổi bằng truyền nhiệt.
Quá trình truyền nhiệt
Các quá trình làm thay đổi nội .năng không bằng cách thực hiện công gọi 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.
Nỉ liệt lượng
Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt gọi là nhiệt lượng: AU = Q. Trong đó AU là độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt, Q là nhiệt lượng vật nhận được từ vật khác hay tỏa ra cho vật khác.
Khi nhiệt độ của vật thay đổi, nhiệt lượng mà vật nhận được (hay mất đi) tính bởi công thức: Q = mC.At. Trong đó: Q là nhiệt lượng mà vật thu vào hay tỏa ra (J); m là khối lượng vật (kg); c là nhiệt dung riêng của chất làm vật (J/kg.K); At là độ biến thiên nhiệt độ (°C hoặc K).
B. TRẢ LỜI CÂU HỎI
Cl. Hãy chứng tỏ nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thế tích của vật: u = f(T, V).
Tra lời
Nội năng bằng tống động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Khi nhiệt độ tăng thì động năng của các phân tử cấu tạo nên vật tăng và ngược lại. Đồng thời khi thể tích tăng thì số phân tứ tăng, thể tích giảm thì số phân tử giảm, điều này ảnh hưởng đến động năng và thế năng. Chính vì vậy chúng ta nói nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật
C2. Hãy chứng tò nội năng của một lượng khí lí tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.
Trả lời
Một lượng khí lí tưởng có thế' tích và số phân tử xác định nên khi nhiệt độ tăng, động năng sẽ tăng, nhiệt độ giảm, động năng giảm. Vậy nội năng của một lượng khí lí tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.
C3. Hãy so sánh sự thực hiện công và sự truyền nhiệt; công và nhiệt lượng.
Trả lời
Quá trình thực hiện công có sự chuyến hóa từ một dạng năng lượng khác (thường là co’ năng) sang nội năng.
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 là số đo độ biến thiên của nội năng trong quá trình truyền nhiệt.
C4. Hãy mô tả và nêu tên các hình thức truyền nhiệt trong các hiện tượng ở hình 32.3 (SGK).
Trả lời
Hình 32.3a: Thanh sắt nhận nhiệt lượng từ bếp nung làm biến thiên nội năng của thanh sắt.
Hình 32.3b: Bãi cát nhận nhiệt lượng từ các tia nhiệt của Mặt Trời và nóng dần lên làm biến đổi nội năng của cát.
Hình 32.3c: Nưó’c nhận nhiệt lượng từ ngọn lửa cồn làm biến đối nội năng của nước.
c. GIẢI BÀI TẬP
Nội năng của một vật là:
Tống động năng và thế năng của vật.
Tống 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.
Chọn câu trả lời đúng.
Giải
Chọn đáp án B. Tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật.
Câu nào sau đây nói về nội năng là không đúng?
Nội năng là một dạng năng lượng.
Nội năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác.
c. Nội năng là nhiệt lượng.
D. Nội năng của vật có thể tăng lên hoặc giảm đi.
Giải
Nhiệt lượng truyền vào vật và sinh ra nội năng của vật. Nội năng không phải là nhiệt lượng.
Vậy chọn đáp án. c.
Câu nào sau đây nói về nhiệt lượng là không đúng?
Nhiệt lượng là số đo độ tăng nội năng .của một 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 phải là nộ năng.
Giải
Một vật có nội năng nhưng không có sự biêh thiên nội năng sẽ không sinh nhiệt.
Vậy chọn đáp án B.
Một bình nhôm có khối lượng 0,5kg chứa 0,118 lít nước ở nhiệt độ 20°C. Người ta thả vào bình một miếng sắt khối lượng 0,2kg đã được nung nóng tới 75IJC. 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 0,92.103J/kg.K, của nước là 4,18.103J7kg.K, của sắt là 0,46.103J/kg.K.
Giải
Nhiệt lượng của nhôm sau khi cân bằng nhiệt:
Q1 = miCi(t - ti) = 460t - 9200
Nhiệt lượng của nước sau khi cân bằng nhiệt:
Q2 = m2c2(t - t2) = 493,24t - 9864,8
Nhiệt lượng của sắt sau khi cân bằng nhiệt:
Q3 = m3c3(t - t3) = 92t - 6900
Khi cân bằng nhiệt, tống nhiệt lượng bằng 0, nghĩa là:
Q1 + Q2 + Q3 = 0
hay (460t - 9200) + (493,24t - 9864,8) + (92t - 6900) = 0
«■	1045,24t - 25964,8 = 0
o	t = 25
Vậy nhiệt độ của hệ sau khi cân bằng nhiệt là 25°c.
Một nhiệt lượng kế bằng đồng thau khối lượng 128g chứa 210g nước ở nhiệt độ 8,4°c. Người ta thả một miếng kim loại khôi 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 0,128.103J/kg.K.
Giải
Nhiệt lượng kế bằng đồng thau khi cân bằng nhiệt:
Q1 = miCiCt - ti) = 0,128.0,128.103.13,l
Nhiệt lượng của nước khi cân bằng nhiệt:
Q2 = m2c2(t - t2) = 0,21.4,18.10 .13,1
Nhiệt lượng của miếng sắt khi cân bằng nhiệt:
Q3 = m3c3(t - t3) = 0,192.c3(-78,5)
Khi cân bằng nhiệt, tống nhiệt lượng bằng 0, nghĩa là:
Q1 + Q2 + Qs = 0
hay (0,128.0,128.103.13,1) + (0,21.4,18.103.13,l) + (0,192.c3(-78,5)) = 0
o 214,63 + 11499,18 - 15,072c3 = 0
Vậy nhiệt dung riêng của miếng kim loại là:
214.63 + 11499,18	„	T/1 Tr,
c3 = 	— = 0,78.103 (J7kg.K).
15,072