Bài 33: Các nguyên lí của nhiệt động lực học

2.1.1. Phát biểu nguyên lí.

• Độ biến thiên nọi năng của một vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được.

\(\Delta U = A + Q\)

• Qui ước dấu :

  • \(\Delta U\) > 0: nội năng tăng; \(\Delta U\) < 0: nội năng giảm.

  • Q > 0 : hệ nhận nhiệt lượng.

  • Q < 0 : hệ truyền nhiệt lượng.

  • A > 0 : hệ nhận công.

  • A < 0 : hệ thực hiện công.

• Ví dụ :

  • ΔU = Q: Truyền nhiệt, Q > 0 : hệ thu nhiệt lượng ; Q < 0 : hệ tỏa nhiệt lượng.

  • ΔU = A: Thực hiện công, A > 0 : nhận công ; A < 0 thực hiện công.

  • ΔU = A + Q: Truyền nhiệt và thực hiện công, Q > 0 hệ thu nhiệt lượng ; A < 0 thực hiện công.

  • ΔU = A + Q: Truyền nhiệt và thực hiện công, Q > 0 hệ thu nhiệt lượng ; A < 0 nhận công.

2.1.2. Vận dụng.

• Xét một khối khí lí tưởng chuyển từ trạng thái 1 \(\left( {{p_1},{\rm{ }}{v_1},{\rm{ }}{T_1}} \right)\)  sang trạng thái 2 \(\left( {{p_2},{\rm{ }}{v_2},{\rm{ }}{T_2}} \right)\):

• Với quá trình đẳng nhiệt (Q = 0), ta có :

ΔU = A

Độ biến thiên nội năng bằng công mà hệ nhận được. Quá trình đẳng nhiệt là quá trình thực hiện công.

• Với quá trình đẳng áp \(\left( {A \ne 0;{\rm{ }}Q{\rm{ }} \ne {\rm{ }}0} \right)\) , ta có:

ΔU = A + Q

Độ biến thiên nội năng bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được.

• Với quá trình đẳng tích (A = 0), ta có :

ΔU = Q

Độ biến thiên nội năng bằng nhiệt lượng mà hệ nhận được. Quá trình đẳng tích là quá trình truyền nhiệt

2.2.1. Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch.

a) Quá trình thuận nghịch.

• Quá trình thuận nghịch là quá trình vật tự trở về trạng thái ban đầu mà không cần đến sự can thiệp của vật khác.

b) Quá trình không thuận nghịch.

• Quá trình không thuận nghịch là quá trình chỉ có thể xảy ra theo một chiều xác định, không thể tự xảy ra theo chiều ngược lại. Muốn xảy ra theo chiều ngược lại phải cần đến sự can thiệp của vật khác.

2.2.2. Nguyên lí II nhiệt dộng lực học.

a) Cách phát biểu của Clau-di-út.

• Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang một vật nóng hơn.

b) Cách phát biểu của Các-nô.

• Động cơ nhiệt không thể chuyển hoá tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học.

2.2.3. Vận dụng.

• Nguyên lí II nhiệt động lực học có thể dùng để giải thích nhiều hiện tượng trong đời sống và kỉ thuật.

• Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt :

  • Mỗi động cơ nhiệt đều phải có ba bộ phận cơ bản là :

    • Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng (Q₁).

    • Bộ phận phát động gồm vật trung gian nhận nhiệt sinh công (A) gọi là tác nhân và các thiết bị phát động.

    • Nguồn lạnh để thu nhiệt lượng do tác nhân toả ra (Q₂).

  • Nguyên tắc hoạt động:

    • Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng Q₁ cho bộ phận phát động để bộ phận này chuyển hóa thành công A.

    • Theo nguyên lý II thì bộ phận phát độngkhông thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học. Do đó cần có nguồn lạnh để nhận phần nhiệt lượng Q₂ còn lại.

• Minh hoạ động cơ nhiệt: 

• Hiệu suất của động cơ nhiệt :

\(H = \frac{{\left| A \right|}}{{{Q_1}}} = \frac{{{Q_1} - {Q_2}}}{{{Q_1}}} < 1\)

Bài 1

Theo nguyên lý I nhiệt động lực học, độ biến thiên nội năng của vật bằng : 

A. Tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được.

B. Nhiệt lượng mà hệ nhận được.

C. Tích của công và nhiệt lượng mà hệ nhận được.

D. Công mà hệ nhận được.

Hướng dẫn giải:

Nguyên lý I nhiệt động lực học

• Độ biến thiên nọi năng của một vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được.

\(\Delta U = A + Q\)

Bài 2

Khi truyền nhiệt lượng 6.10⁶ J cho khí trong một xilanh hình trụ thì khí nở ra đẩy pit-tông lên làm thể tích của khí tăng lên 0,5 m³. Tính độ biến thiên nội năng của khí. Biết áp suất của khí là 8.10⁶ N/m²  và coi áp suất là không đổi trong quá trình khí thực hiện công.

Hướng dẫn giải:

• Nguyên lí I nhiệt động lực học :

                 \(\Delta U = Q + A\)

• Công mà chất khí thực hiện có độ lớn:

  \(A = p. \Delta V = 8.106.0,5 = 4.106 J.\)

• Do khí trong bình nhận nhiệt Q > 0 và thực hiện công A < 0

• Độ biến thiên nội năng của khí

               \(\Delta U = 6.10^6 - 4.10^6 = 2.10^6 J\).

Bài 3 :

Người ta cung cấp cho khí trong xi lanh một nhiệt lượng 1J . Khí nở đẩy pit tông đi được một đoạn đường 3cm với một lực có độ lớn 4N. Tính độ biến thiên nội năng của khí?

Hướng dẫn giải:

• Công mà chất khí thực hiện có độ lớn

\(A = F.\Delta l = 4.{\rm{ }}0,03 = 0,12{\rm{ }}\left( J \right)\)

• Do khí trong bình nhận nhiệt Q > 0 và thực hiện công A < 0

• Độ biến thiên nội năng của khí

\(\Delta U = Q + A{\rm{ }} = 1 - 0,12 = 0,88J\)

Qua bài giảng Các nguyên lí của nhiệt động lực học này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Phát biểu và viết được công thức của nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học (NĐLH); nêu được tên, đơn vị và quy ước về dấu của các đại lượng trong công thức.

• Phát biểu được nguyên lí thứ hai của NĐLH.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 10 Bài 33 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Người ta cung cấp cho khí trong một xilanh nằm ngang nhiệt lượng 1,5 J. Khí nở ra đẩy pit-tông đi một đoạn 5 cm với một lực có độ lớn là 20 N. Tính độ biến thiên nội năng của khí. 

  • A. 0,5 J                          
  • B. 1,5 J
  • C. 1J
  • D. 2J

• Câu 2:

  Người ta truyền cho khí trong xilanh nhiệt lượng 100 J. Khí nở ra thực hiện công 70 J đẩy pit-tông lên. Tính độ biến thiên nội năng của khí .

  • A. \(30 J.\)
  • B. \(40 J.\)
  • C. \(50 J.\)
  • D. \(6 J.\)

• Câu 3:

  Người ta cung cấp cho khí trong xi lanh một nhiệt lượng 1J . Khí nở đẩy pit tông đi được một đoạn đường 3cm với một lực có độ lớn 4N. Tính độ biến thiên nội năng của khí?

  • A. \(0,64J\)
  • B. \(0,35J\)
  • C. \(0,88J\)
  • D. \(0,34J\)

• Câu 4:

  Trường hợp nào sau đây ứng với quá trình đẳng tích khi nhiệt độ tăng ?

  • A. \(\Delta U = Q\) với Q > 0 ;
  • B. \(\Delta U = Q + A\) với A > 0 ;
  • C. \(\Delta U = Q + A\) với A < 0 ;
  • D. \(\Delta U = Q\) với Q < 0.

Câu 5- Câu 13: Xem thêm phần trắc nghiệm để làm thử Online 

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 10 Bài 33 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Bài tập 4 trang 299 SGK Vật lý 10 nâng cao

Bài tập 33.1 trang 79 SBT Vật lý 10

Bài tập 33.2 trang 79 SBT Vật lý 10

Bài tập 33.3 trang 79 SBT Vật lý 10

Bài tập 33.4 trang 79 SBT Vật lý 10

Bài tập 33.5 trang 80 SBT Vật lý 10

Bài tập 33.6 trang 80 SBT Vật lý 10

Bài tập 33.7 trang 80 SBT Vật lý 10

Bài tập 33.8 trang 80 SBT Vật lý 10

Bài tập 33.9 trang 81 SBT Vật lý 10

Bài tập 33.10 trang 81 SBT Vật lý 10

Bài tập 33.11 trang 81 SBT Vật lý 10

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý Chúng tôi sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!