Ôn tập Chương VII_VL10-Nguyên lý I NĐLH

GV Nguyễn Đức Hiệp - Trường THPT Trần Đại Nghĩa 1 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG VII. CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC (Các câu hỏi hoặc bài tập có kí hiệu (*) dùng cho chương trình Vật lí 10 nâng cao) A. Lí thuyết Trong chủ đề này, học sinh cần nắm được các khái niệm : công, nhiệt lượng, nội năng, hiệu suất của động cơ nhiệt, hiệu năng của máy lạnh, hiểu rõ nội dung các nguyên lí I, II Nhiệt động lực học. 1. Nguyên lí I nhiệt động lực học • Nội năng là dạng năng lượng bên trong hệ, chỉ phụ thuộc vào trạng thái của hệ. Nội năng bao gồm tổng động năng chuyển động nhiệt của các phân tử cấu tạo nên hệ và thế năng tương tác giữa các phân tử đó. Vì vậy, nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích. • Có hai cách làm biến đổi nội năng : thực hiện công và truyền nhiệt lượng. • Nguyên lí I : ∆U = Q + A Độ biến thiên nội năng của hệ bằng tống đại số nhiệt lượng và công mà hệ nhận được. Q = mc∆T với quy ước : Q > 0 hệ nhận nhiệt lượng ; Q < 0 hệ toả nhiệt lượng. ( Q C T = ∆ (J/K) là nhiệt dung của vật; Q C c m. T m = = ∆ (J/kg.K) là nhiệt dung riêng của chất làm nên vật) A = p(V 1 – V 2 ) với quy ước : A > 0 hệ nhận công; A < 0 hệ sinh công. Nguyên lí II nhiệt động lực học • Động cơ nhiệt là thiết bị biến đổi nhiệt lượng sang công. • Động cơ nhiệt hoạt động theo nguyên tắc : tác nhân nhận nhiệt lượng Q 1 từ nguồn nóng biến một phần thành công A và toả phần nhiệt lượng còn lại Q 2 cho nguồn lạnh. Hiệu suất của động cơ nhiệt : H = 1 A Q = 1 2 1 Q Q Q − • Máy l ạ nh là m ộ t thi ế t b ị dùng để l ấ y nhi ệ t t ừ v ậ t này truy ề n sang v ậ t khác nóng h ơ n nhờ nhận công từ các vật ngoài . Hi ệ u n ă ng c ủ a máy l ạ nh : 2 2 1 2 Q Q A Q Q ε = = − Q 1 là nhi ệ t l ượ ng mà tác nhân to ả ra cho ngu ồ n nóng. Q 2 là nhi ệ t l ượ ng l ấ y đ i t ừ ngu ồ n l ạ nh. • Nguyên lí II nhi ệ t độ ng l ự c h ọ c phát bi ể u : nhiệt không thể tự nó truyền từ vật lạnh sang vật nóng. TỔ VẬT LÍ - Trường THPT Trần Đại Nghĩa 2 • Cac-nô đ ã ch ứ ng minh : Độ ng c ơ nhi ệ t có hi ệ u su ấ t cao nh ấ t là H = 1 2 1 T T T − . Máy l ạ nh có hi ệ u n ă ng cao nh ấ t : 2 1 2 T T T ε = − T 1 là nhi ệ t độ ngu ồ n nóng ; T 2 là nhi ệ t độ ngu ồ n l ạ nh. Lưu ý : • Nguyên lí I nói lên định luật bảo toàn năng lượng : m ộ t h ệ không th ể th ự c hi ệ n công mà không cung c ấ p nhi ệ t l ượ ng cho nó. Tr ướ c đ ây ng ườ i ta cho r ằ ng có th ể có các độ ng c ơ t ự nó th ự c hiên công mãi mãi mà không c ầ n cung c ấ p n ă ng l ượ ng. Vì v ậ y, nguyên lí I còn phát bi ể u : không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu loại 1. • Nguyên lí II nói lên chiều của quá trình. Tr ướ c đ ây ng ườ i ta cho r ằ ng có th ể ch ế t ạ o độ ng c ơ nh ậ n nhi ệ t l ượ ng và bi ế n đổ i hoàn toàn thành công c ơ h ọ c v ớ i hi ệ u su ấ t 100%. Vì v ậ y, nguyên lí II còn phát bi ể u : không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu loại 2. B. Bài tập 1. Thùng nhôm kh ố i l ượ ng 1,2 kg, đự ng 6 l n ướ c ở 80 o C. Tính nhi ệ t l ượ ng mà môi tr ườ ng xung quanh nh ậ n đượ c khi nhi ệ t độ c ủ a h ệ gi ả m đế n 20 o C. N ộ i n ă ng c ủ a h ệ t ă ng hay gi ả m ? Nhi ệ t dung riêng c ủ a nhôm và c ủ a n ướ c l ầ n l ượ t là 920 J/kg.K và 4200 J/kg.K Đ S : 1,58 MJ; n ộ i n ă ng gi ả m 2. N ế u truy ề n cho 2 kg chì nhi ệ t l ượ ng 5200 J thì nhi ệ t độ t ă ng t ừ 25 o C đế n 45 o C. Tính nhi ệ t dung c ủ a kh ố i chì và nhi ệ t dung riêng c ủ a chì. Đ S : c = 130 J/kg.K 3. M ộ t kh ố i khí th ể tích 1 l , dãn n ở đẳ ng áp p = 2.10 5 N/m 2 , th ể tích t ă ng g ấ p đ ôi. Trong quá trình này, kh ố i khí nh ậ n thêm m ộ t nhi ệ t l ượ ng 600 J. Tính độ bi ế n thiên n ộ i n ă ng c ủ a kh ố i khí. Đ S : 400 J 4. M ộ t kh ố i khí dãn n ở đẳ ng nhi ệ t t ừ 4 lít đế n 6 l khi nh ậ n đượ c nhi ệ t l ượ ng 500 J. Tính áp su ấ t trung bình trong quá trình này ? Đ S : 250 000 N/m 2 5. M ộ t kh ố i khí nh ậ n đượ c nhi ệ t l ượ ng 600 J trong đ i ề u ki ệ n th ể tích không đổ i. Tính độ bi ế n thiên n ộ i n ă ng c ủ a kh ố i khí ? Đ S : 600 J 6. Tính công c ủ a kh ố i khí th ự c hi ệ n trong chu trình kín đượ c mô t ả trên hình bên. Đ S : 2400 J 7. M ộ t độ ng c ơ ho ạ t độ ng theo chu trình Cac-nô nh ậ n 2 MJ t ừ ngu ồ n nóng có nhi ệ t độ 427 o C và to ả nhi ệ t l ượ ng cho ngu ồ n l ạ nh có nhi ệ t độ 127 0 C. Tính công c ủ a độ ng c ơ ? GV Nguyễn Đức Hiệp - Trường THPT Trần Đại Nghĩa 3 Đ S : 0,85 MJ 8. M ộ t máy l ạ nh lí t ưở ng truy ề n nhi ệ t t ừ ngu ồ n l ạ nh -5 o C đế n ngu ồ n nóng là môi tr ườ ng ngoài có nhi ệ t độ là 25 o C. a) Tính hi ệ u n ă ng c ủ a máy. b) C ầ n bao nhiêu công để t ả i 1 J t ừ ngu ồ n l ạ nh đế n ngu ồ n nóng ? Đ S : a) ε = 8,9; b) A = 0,11 J 9. M ộ t độ ng c ơ ho ạ t độ ng theo chu trình Cac-nô h ấ p th ụ nhi ệ t l ượ ng 400 kJ ở 550 K và to ả ra nhi ệ t l ượ ng 300 kJ. a) Tính hi ệ u su ấ t độ ng c ơ . b) Tính nhi ệ t độ ngu ồ n l ạ nh. ĐS : a) H = 25% ; b) T 2 = 412 K 10. H ơ i n ướ c có nhi ệ t độ 200 o C đ i vào độ ng c ơ h ơ i n ướ c v ớ i hi ệ u su ấ t c ự c đạ i 20%. a) Tính nhi ệ t độ h ơ i n ướ c đ i ra. b) Khi hi ệ u su ấ t lên 40%, nhi ệ t độ h ơ i n ướ c đ i ra là bao nhiêu ? ĐS : a) 105,4 o C ; b) t 2 = 10,8 o C 11. M ộ t máy l ạ nh l ấ y nhi ệ t l ượ ng ở nhi ệ t độ -15 o C và to ả ra ở nhi ệ t độ 30 o C v ớ i hi ệ u n ă ng là 3. N ế u ho ạ t độ ng v ớ i chu trình Cac-nô thì hi ệ u n ă ng là bao nhiêu ? ĐS : ε = 5,7 12. M ộ t độ ng c ơ ho ạ t độ ng v ớ i nhi ệ t độ ngu ồ n nóng và l ạ nh là 300 o C và 40 o C và hi ệ u su ấ t 20%. Độ ng c ơ đ ang ho ạ t độ ng v ớ i bao nhiêu ph ầ n tr ă m công su ấ t c ự c đạ i ? ĐS : 41,15% công su ấ t c ự c đạ i. 13. M ộ t độ ng c ơ nhi ệ t Cac-nô ho ạ t độ ng gi ữ a hai ngu ồ n nhi ệ t có nhi ệ t độ là 527 o C và 127 o C th ự c hi ệ n m ộ t công su ấ t 120 kW. Tính nhi ệ t l ượ ng mà độ ng c ơ nh ậ n đượ c và to ả ra trong 1gi ờ . ĐS : Q 2 = 432.10 6 J 14. M ộ t h ệ th ố ng máy đ ông l ạ nh l ấ y nhi ệ t l ượ ng t ừ h ầ m ch ứ a th ự c ph ẩ m có nhi ệ t độ -13 o C và to ả ra ở môi tr ườ ng 27 o C. Nhi ệ t l ượ ng to ả ra có l ư u l ượ ng là 350 kJ/min. Cho bi ế t hi ệ u n ă ng c ủ a máy b ằ ng m ộ t n ử a hi ệ u n ă ng c ự c đạ i. a) Tính l ư u l ượ ng nhi ệ t l ấ y t ừ h ầ m đ ông l ạ nh. b) Tính công su ấ t ho ạ t độ ng c ủ a máy. ĐS : a) Q 2 = 267 kJ/min ; b) P = 1,37 kW. * 15 . M ộ t ô tô s ử d ụ ng độ ng c ơ nhi ệ t. Độ ng c ơ làm vi ệ c gi ữ a hai ngu ồ n nhi ệ t: ngu ồ n nóng có nhi ệ t độ T 1 = 600 K, ngu ồ n l ạ nh có nhi ệ t độ T 2 = 300 K. Cho r ằ ng hi ệ u su ấ t th ự c c ủ a độ ng c ơ b ằ ng n ử a hi ệ u su ấ t c ủ a độ ng c ơ nhi ệ t lí t ưở ng. Bi ế t công su ấ t trung bình c ủ a độ ng c ơ ô tô là P = 60 mã l ự c, ô tô tiêu th ụ kh ố i l ượ ng m = 40 kg nhiên li ệ u khi chuy ể n độ ng trên quãng đườ ng th ẳ ng n ằ m ngang, chi ề u dài quãng đườ ng là s = 250 km. N ă ng su ấ t t ỏ a nhi ệ t c ủ a nhiên li ệ u là q = 11200 kcal/kg. Cho 1 mã l ự c (1 HP) = 750 W, 1 cal = 4,2 J. Tính v ậ n t ố c trung bình c ủ a xe ô tô. ĐS : v = 24 m/s . GV Nguyễn Đức Hiệp - Trường THPT Trần Đ i Nghĩa 1 CÂU H I ÔN TẬP CHƯƠNG VII. CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC (Các câu h i hoặc b i tập có kí hiệu (*) dùng cho chương trình Vật lí. chủ đề này, học sinh cần nắm được các kh i niệm : công, nhiệt lượng, n i năng, hiệu suất của động cơ nhiệt, hiệu năng của máy lạnh, hiểu rõ n i dung các nguyên lí I, II Nhiệt động lực học giữa các phân tử đó. Vì vậy, n i năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích. • Có hai cách làm biến đ i n i năng : thực hiện công và truyền nhiệt lượng. • Nguyên lí I : ∆U = Q + A Độ biến thiên