NỘI NĂNG và sự BIẾN THIÊN nội NĂNG

NỘI NĂNG VÀ SỰ BIẾN THIÊN NỘI NĂNG  Nội năng: NỘI NĂNG Nội năng: dạng lượng bên hệ, phụ thuộc vào trạng thái hệ Trong nhiệt động lực học, người ta gọi tổng động phân tử cấu tạo nên vật nội vật    Kí hiệu: U Đơn vị: Jun (J) Hệ quả: Nội lượng khí lí tưởng phụ thuộc nhiệt độ ĐỘ BIẾN THIÊN NỘI NĂNG Độ biến thiên nội phần nội tăng thêm hay giảm bớt trình    Kí hiệu: ∆𝐔 Biểu thức: ∆𝐔 = 𝐔𝟐 − 𝐔𝟏 , đó: o 𝐔𝟏 : Nội lúc đầu hệ o 𝐔𝟐 : Nội lúc sau hệ Hệ quả: o ∆𝐔 > 𝟎: Nội hệ tăng o ∆𝐔 < 𝟎: Nội hệ giảm o ∆𝐔 = 𝟎: Nội hệ không đổi  Bài tập minh họa: Hãy chứng tỏ nội  Khi nhiệt độ thay đổi động phân tử cấu tạo nên vật vật phụ thuộc thay đổi, mà động phân tử thành phần nội năng, vào nhiệt độ thể tích nội phụ thuộc vào nhiệt độ vật vật:  Khi thể tích thay đổi khoảng cách phân tử cấu tạo nên vật thay đổi, làm cho tương tác chúng thay đổi Vì U = f(T, V) lượng tương tác phân tử thành phần nội năng, nên nội phụ thuộc vào thể tích vật Vậy nội vật phụ thuộc vào nhiệt độ thể tích vật: U = f(T, V)   Các cách làm thay đổi nội THỰC HIỆN CÔNG TRUYỀN NHIỆT  Dùng lực tay để nén khối khí xuống => Khối khí nhận cơng => Nhiệt độ thể tích khí thay đổi => Nội thay đổi  Khối khí đẩy pit-tơng lên => Khối khí thực cơng => Nhiệt độ thể tích khí thay đổi => Nội thay đổi Nội bị biến đổi vật thực công nhận công  Đun nước làm nước ấm nóng lên => Nước ấm nhận nhiệt => Nội thay đổi  Để nước nóng điều kiện bình thường phịng, nước nguội => Nước truyền nhiệt => Nội thay đổi Nội bị biến đổi khí khối khí truyền nhiệt nhận nhiệt Nhắc lại định luật bảo toàn lượng nhiệt động lực học ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG TRONG NHIỆT ĐỘNG LỰC HOC Năng lượng không tự sinh không tự mà chuyển từ dạng sang dạng khác hay truyền từ vật sang vật khác 𝑸𝒕ỏ𝒂 = 𝑸𝒕𝒉𝒖 Biểu thức tính nhiệt lượng mà chất rắn chất lỏng thu vào hay tỏa thay đổi nhiệt độ tính cơng thức: 𝑸 = 𝒎𝒄∆𝒕 o 𝑸: Nhiệt lượng thu vào hay tỏa (J) o 𝒎: Khối lượng vật (kg) o 𝒄: Nhiệt dung riêng vật ( 𝐽 𝑘𝑔.𝐾 ) o ∆𝒕: Độ biến thiên nhiệt độ (°𝐶 K) ∆𝒕 = 𝒕𝟐 − 𝒕𝟏 Tìm phát biểu sai Nội nhiệt lượng vật Nội dạng lượng nên chuyển hóa từ dạng sang dạng khác Cách sau không làm thay đổi nội vật? Làm lạnh vật Đưa vật lên cao Đốt nóng vật Tìm phát biểu sai Nội hệ định phải tương tác hạt tạo nên hệ Độ biến thiên nội vật tổng công nhiệt lượng mà vật nhận 1000 𝐽 2000 𝐽 −1000 𝐽 −2000 𝐽 967𝑜 𝐶 796𝑜 𝐶 990𝑜 𝐶 813𝑜 𝐶 Một lượng khơng khí nóng chứa xilanh cách nhiệt đặt nằm ngang có pít-tơng dịch chuyển Khơng khí nóng dãn nở đẩy pit-tơng dịch chuyển Nếu khơng khí nóng thực cơng có độ lớn 2000 𝐽 nội biến đổi lượng Để xác định nhiệt độ cảu lò nung, người ta đưa vào lị miếng sắt có khối lượng 50 𝑔 Khi miếng sắt có nhiệt độ nhiệt độ cùa lị, người ta lấy thả vào thùng nước chứa 900 𝑔 nước nhiệt độ 17𝑜 𝐶 Khi nhiệt độ nước tăng lên đến 23𝑜 𝐶, biết nhiệt dung riêng sắt 478 𝐽/(𝑘𝑔 𝐾), nước 4180 𝐽/(𝑘𝑔 𝐾) Nhiệt độ lò xấp xỉ Nội vật phụ thuộc vào nhiệt độ thể tích vật Trong trình đẳng nhiệt, độ tăng nội hệ nhiệt lượng mà hệ nhận Nội vật tăng giảm Cọ xát vật lên mặt bàn Tác động lên hệ cơng làm thay đổi tổng động chuyển động nhiệt hạt tạo nên vật tương tác chúng NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC Độ biến thiên nội hệ tổng công nhiệt lượng mà hệ nhận o Quy ước dấu: ∆𝑼 = 𝑨 + 𝑸 o Áp dụng nguyên lý I cho đẳng trình:  Q trình đẳng tích: ∆V = 𝑉2 − 𝑉1 = A=0  ∆U = Q  Quá trình đẳng áp: A = −p ∆V = −p (𝑉2 − 𝑉1 )  ∆U = −p (𝑉2 − 𝑉1 ) + Q  Quá trình đẳng nhiệt: ∆T = 𝑇2 − 𝑇1 =  ∆U =  ∆U = A  Bài tập minh họa: Khi truyền nhiệt lượng 6.106 J cho ● Bước 1: Viết biểu thức Nguyên lý I nhiệt động lực học ∆U = A + Q khí xilanh hình trụ khí nở đẩy pit-tông lên làm thể ● Bước 2: Xác định đẳng q trình (Nếu khơng phải tích khí tăng thêm 0,50 m3 đẳng q trình, bỏ qua bước này) Tính độ biến thiên Vì coi áp suất khơng đổi, nên q trình đẳng áp khí Biết áp suất khí 8.106  ∆U = −p (𝑉2 − 𝑉1 ) + Q (*) N/m coi áp suất không đổi q trình khí thực cơng ● Bước 3: Xét dấu biểu thức o Công A: Do khối khí nở đẩy pit-tơng lên  Khối khí thực cơng  A0 Thay vào (*): ∆U = −p (𝑉2 − 𝑉1 ) + Q = −8 106 ((𝑉1 + 0,5) − 𝑉1 ) + 106 = −4 106 + 106 = 106 J Vậy độ biến thiên nội khí ∆𝑈 = 106 J Theo SGK, công thức mô tả nguyên lý I nhiệt động lực học là: Δ𝑈 = 𝐴+𝑄 𝑄 =Δ𝑈 + 𝐴 Δ 𝑈 = 𝐴 + 𝑄; 𝑄 < 0; 𝐴 > Δ 𝑈 = 𝐴 + 𝑄; 𝑄 > 0; 𝐴 < Nhiệt lượng mà hệ truyền cho môi Độ biến thiên nội trường xung Phát biểu không với hệ quanh tổng nguyên lý I nhiệt động lực học tổng đại số nhiệt công mà hệ là: lượng công mà sinh độ biến hệ nhận thiên nội hệ Biểu thức mô tả q trình chất khí vừa nhận nhiệt vừa nhận công là: Δ 𝑈 = 𝑄 hệ thức nguyên lý I áp dụng cho Quá trình biến đổi Quá trình đẳng trạng thái thay đổi áp thơng số Ta có Δ 𝑈 = 𝑄 + 𝐴 , với Δ𝑈 độ tăng nội năng, 𝑄 nhiệt lượng vật nhận , −𝐴 Cả 𝑄, 𝐴, Δ 𝑈 công vật thực Hỏi phải khác vật thực trình đẳng áp điều sau đúng? 𝑄 phải Δ𝑈 = 𝐴−𝑄 Công mà hệ nhận tổng đại số độ biến thiên nội hệ với nhiệt lượng mà hệ truyền cho môi trường xung quanh Δ 𝑈 = 𝐴 + 𝑄; 𝑄 > 0; 𝐴 > 𝑄 =𝐴−Δ𝑈 Nhiệt lượng mà hệ nhận sẽ chuyển hóa thành độ biến thiên nội hệ công mà hệ sinh Δ 𝑈 = 𝑄; 𝑄>0 Quá trình đẳng nhiệt Q trình đẳng tích 𝐴 phải Δ 𝑈 phải NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC ● Q trình thuận nghịch khơng thuận nghịch Q trình thuận nghịch Q trình khơng thuận nghịch Là trình diễn biến theo hai chiều, Là trình mà tiến hành theo chiều lúc đầu q trình diễn biến theo nghịch hệ khơng qua trạng thái trung chiều (chiều thuận) lại diễn gian trình thuận theo chiều ngược lại để trở trạng thái ban  Khi hồn tất q trình, yếu tố đầu hệ qua trạng thái giống lúc hệ bị biến đổi (*) hệ diễn biến theo chiều thuận Ví dụ: Q trình dãn nén khí xilanh  Khi hồn tất q trình, yếu tố trường hợp có mát lượng ngồi hệ khơng biến đổi (*) Nếu q trình khơng thuận nghịch xảy Ví dụ: Q trình dãn nén khí xilanh chậm ma sát gần giống với trường hợp khơng mát lượng q trình thuận nghịch  Như vậy, tự nhiên có nhiều q trình tự xảy theo chiều xác định, tự xảy theo chiều ngược lại ● Nguyên lý II nhiệt động lực học: o Cách phát biểu Clau-di-út: Nhiệt tự truyền từ vật sang vật nóng (*) (*) Nhiệt khơng thể tự truyền từ vật có nhiệt độ thấp sang vật có nhiệt độ cao, muốn làm đồng thời phải diễn trình đền bù khác Ví dụ: Ấm nước nóng để ngồi khơng khí sẽ làm nóng khơng khí nước ấm trở nên nguội Khơng khí xung quanh khơng thể tự cung cấp nhiệt để làm cho ấm nước nóng trở nên nóng o Cách phát biểu Các-nơ: Động nhiệt khơng thể chuyển hóa tất nhiệt lượng nhận thành công học (*) (*) Không thể chế tạo động vĩnh cửu loại II: Động lấy nhiệt từ nguồn chuyển hoàn tồn thành cơng học, khơng gây biến đổi xung quanh ● Động nhiệt: o Nguyên tắc hoạt động động nhiệt: Mỗi động nhiệt có ba phận cấu thành sau đây:  Một nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng  Một nguồn lạnh để thu nhiệt lượng mà động tỏa  Một vật trung gian đóng vai trị nhận nhiệt, sinh cơng tỏa nhiệt gọi tác nhân, với thiết bị phát động Nguyên tắc hoạt động động nhiệt: Tác nhân nhận nhiệt lượng 𝑄1 từ nguồn nóng biến phần thành công A tỏa phần nhiệt lượng lại 𝑄2 cho nguồn lạnh o o Hiệu suất động nhiệt Hiệu suất H động nhiệt xác định tỉ số công A sinh với nhiệt lượng Q1 nhận từ nguồn nóng |𝑨| 𝑸𝟏 − 𝑸𝟐 𝑯= = 𝑸𝟏 𝑸𝟏 (*) Hiệu suất động nhiệt nhỏ 𝐇