Giải bài tập SGK Vật lý 10 Bài 33 : Các nguyên lí của nhiệt động lực học

Phát biểu và viết hệ thức của nguyên lí I nhiệt động lực học. Nêu tên, đơn vị và quy ước dấu của các đại lượng trong hệ thức.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được nội dung và công thức của nguyên lí I nhiệt động lực học

Hướng dẫn giải

- Nguyên lí I nhiệt động lực học: Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được: δU = A + Q

- Qui ước dấu:

+ Q > 0 vật nhận nhiệt lượng

+ Q < 0 vật truyền nhiệt lượng

+ A > 0 vật nhận công

+ A < 0 vật thực hiện công

Phát biểu nguyên lí II nhiệt động lực học.

Phương pháp giải

Có 2 cách phát biểu nguyên lí II, cả hai cách đều đề cập đến vấn đề truyền và chuyển hóa nhiệt

Hướng dẫn giải

- Nguyên lí II nhiệt động lực học: Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang vật nóng hơn.

- Cách phát biểu khác: Động cơ nhiệt không thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học.

Trong các hệ thức sau, hệ thức nào diễn tả quá trình nung nóng khi trong một bình kín khi bỏ qua sự nở vì nhiệt của bình?

A. ΔU = A ;        

B. ΔU = Q + A;

C. ΔU = 0 ;        

D. ΔU = Q.

Phương pháp giải

Số đo độ tăng nội năng của vật chính là nhiệt lượng:  ΔU = Q

Hướng dẫn giải

- Quá trình nung nóng khí trong bình kín là quá trình đẳng tích

=> A = 0 => ΔU = Q. 

- Hay nhiệt lượng mà chất khí nhận được chỉ dùng làm tăng nội năng.

- Chọn D.

Trong quá trình chất khí nhận nhiệt và sinh công thì Q và A trong hệ thức δU = A + Q phải có giá trị nào sau đây?

A. Q < 0 và A > 0

B. Q > 0 và A > 0

C. Q > 0 và A < 0

D. Q < 0 và A < 0

Phương pháp giải

Vì vật nhận nhiệt thì Q > 0, vật sinh công thì A < 0.

Hướng dẫn giải

- Trong quá trình chất khí nhận nhiệt và sinh công thì Q và A trong hệ thức:

δU = A + Q phải có giá trị là Q > 0 và A < 0

- Chọn C.

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

A. ΔU = Q với A > 0

B. ΔU = Q + A với A > 0

C. ΔU = Q + A với A < 0

D. ΔU = Q với Q < 0

Phương pháp giải

Quá trình nung nóng khí trong bình kín là quá trình đẳng tích

=> A = 0 => ΔU = Q. 

Hướng dẫn giải

- Vì trong quá trình đẳng tính nhiệt lượng mà khí nhận được chỉ để làm tăng nội năng của khí.

⇒ ΔU = Q với A > 0

- Chọn A.

Người ta thực hiện công 100 J để nén khí trong một xilanh. Tính độ biến thiên nội năng của khí, biết khí truyền ra môi trường xung quanh nhiệt lượng 20 J.

Phương pháp giải

Áp dụng công thức nguyên lí I nhiệt động lực học:

ΔU = A + Q với A > 0, Q < 0

để tính độ biến thiên nội năng

Hướng dẫn giải

- Nguyên lí I nhiệt động lực học: ΔU = A + Q

- Vì chất khí nhận công (khí bị nén) và truyền nhiệt

⇒  A > 0, Q < 0

- Do đó, độ biến thiên nội năng  là:

ΔU = A + Q = 100 – 20 = 80 J.

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.

Phương pháp giải

Áp dụng công thức nguyên lí I nhiệt động lực học: 

ΔU = A + Q với A < 0, Q > 0

để tính độ biến thiên nội năng

Hướng dẫn giải

- Khí trong xilanh nhận được nhiệt lượng => Q > 0.

- Khí thực hiện công => A < 0

- Độ biến thiên nội năng của khí trong xilanh là:

ΔU = A + Q = 100 - 70 = 30J.

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 thêm 0,50 m³. Tính độ biến thiên nội năng của khí. Biết áp suất của khí là 8.106 N/m² và coi áp suất này không đổi trong quá trình khí thực hiện công.

Phương pháp giải

- Tính công chất khí thực hiện:

 A = F.h = p.S.h = p.ΔV

- Áp dụng công thức nguyên lí I nhiệt động lực học: 

ΔU = A + Q với A < 0, Q > 0

để tính độ biến thiên nội năng

Hướng dẫn giải

- Gọi S là diện tích tiết diện thẳng của xilanh, h là quãng đường pittông dịch chuyển, p là áp suất khí trong xilanh, ta có:

- Công mà chất khí thực hiện có độ lớn là:

A = F.h = p.S.h = p.ΔV = 8.10⁶.0,5 = 4.10⁶ J.

- Vì chất khí thực hiện công và nhận nhiệt nên theo quy dấu ta có: Q > 0, A < 0

⇒ ΔU = A + Q = - 4.106 + 6.106 = 2.106 (J)

Vậy độ biến thiên nội năng của khí là ΔU = 2.106 (J)