Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi THPT phần nhiệt

Bồi dỡng hsgthpt môn Vật lí Chủ đề :Nhiệt học i TễNG QUAN KIấN THC PHN NHIấT HOC 1) CAC INH LUT Vấ CHT KHI LI TNG a) i vi mt lng khớ khụng i, quỏ trỡnh bin i trng thỏi ca nú tuõn theo phng trỡnh trng thỏi khớ lớ tng: pV = const T b) T phng trỡnh trng thỏi, chỳng ta cú th suy cỏc nh lut ca cỏc ng quỏ trỡnh: - - - Quỏ trỡnh ng nhit (nh lut Bụi l Ma ri ụt): - p = const T Quỏ trỡnh ng tớch (nh lut Sac l): V = const T Quỏ trỡnh ng ỏp (nh lut Gay Luy sc): pV = const ; TV Quỏ trỡnh on nhit: = const ; T p l t s nhit dung ng ỏp vi nhit dung ng tớch - pV = const CV = = const ;trong ú i R ; CP CV = R ; Quỏ trỡnh ng dung (Nhit dung khụng i hay quỏ trỡnh a bin): = = Cp CV = i+2 i i l bc t pV = const Cp C CV C Trong ú c) i vi quỏ trỡnh bin i ca khớ lớ tng ú lng khớ thay i, chỳng ta cn ỏp dng phng trỡnh Clappayron Mendelep pV m = RT T M * Trong ú m l lng khớ, M l lng mol ca cht khớ ú; R l hng s cht khớ * Nu p o bng Pa, V o bng m3 v T o bng K thỡ R=8,31J/mol.K Ngoi ra: 0,082atm.l / mol.K = 0,084at.l / mol.K d) i vi hn hp khớ khụng phn ng húa hc vi chỳng ta cú nh lut Dalton v ỏp sut ton phn ca hn hp khớ ptp = pi i ( pi l ỏp sut riờng phn ca khớ ) e) Di quan im thng kờ chỳng ta cú mi liờn h gia ỏp sut v ng nng trung bỡnh ca phõn t khớ lớ tng nh sau: p = n0 kT = n0 W d * * õy l phng trỡnh c bn ca khớ lớ tng ng nng trung bỡnh ca mt phõn t khớ lớ tng liờn h vi nhit tuyt i nh sau: 3RT kT v = M -23 Trong hai cụng thc trờn, k=R/NA=1,38.10 J/K gi l hng s Boltzman; n0 l mt phõn t khớ (s Wd = GV:Phan Ngọc Hùng thpt Nguyễn Văn Trỗi ;Đ/c 64c Dơng Vân Nga ,Vĩnh Hải;Đt:0982493474 Trang Bồi dỡng hsgthpt môn Vật lí Chủ đề :Nhiệt học phõn t khớ mt n v th tớch).M l lng ca mt mol khớ 2) CAC NGUYấN LI NHIấT ễNG LC HOC a) Nguyờn lớ I nhit ng lc hc Nguyờn lớ I nhit ng lc hc thc cht l nh lut bo ton v chuyn húa nng lng ỏp dng cho quỏ trỡnh nhit Biu thc nguyờn lớ I: Q = A + U Trong ú: Q l nhit lng truyn cho vt A l cụng vt thc hin U l bin thiờn ni nng ca vt * Khi ỏp dng biu thc Nguyờn lớ I ta cn chỳ ý n qui c du nh sau: Q >0 l vt nhn nhit, Q0 vt sinh cụng dng, A0 ni nng h tng, U 0, ngc li A P0 T2 > T0 Q12 = nCV ( T2 T1 ) = V3 V2 = ( ) ( 3) T3 T2 T3 > T2 > T0 V > V ( 3) ( 1) T ;U = f (T ) U U < Q = U + A < V A < Quỏ trỡnh (3) (1) ta nhit Q1231 = Q12 + Q23 = 18nRT1 ( 4) - Vy nhit lng nhõn tng cng chu trỡnh ny l: A H1231 = = (5) Q1231 Hiu sut ca chu trỡnh ny l: - Xột chu trỡnh (1) (3)(4) (1): + Quỏ trỡnh (1) (3): nhn nhit tng ỏp sut v th tớch Da vo hỡnh v ta tớnh cụng bng din tớch hỡnh thang gii hn 1-3-3V0-V0 v tớnh bin thiờn ni nng, kt qu: ( p0 + p0 ) ( 3V0 V0 ) + nR T T = p V + p V p V = 16 p V = 16nRT Q13 = A13 + U13 = ( 1) 0 ( 0 0 ) 0 1( ) 2 Quỏ trỡnh (3) (4): ta nhit ng tớch, gim ỏp sut Quỏ trỡnh (4) (1): ta nhit ng ỏp, gim th tớch Q1341 = Q13 = 16nRT1 (7 ) Vy nhit lng nhn tng cng chu trỡnh ny l: A H 1341 = = (8) Q 1341 Hiu sut ca chu trỡnh ny l: Tho lun: V dng, bi ny tng t Bi 2, ch cú thờm phn tớnh toỏn hiu sut K nng cn rốn luyn qua bi ny ú l cỏch gii bng th Da vo th cỏc chỳng ta cn ch c quỏ trỡnh no nhn nhit, quỏ trỡnh no thu nhit v tng t l sinh cụng v nhn cụng Nhng tớnh toỏn, chỳng ta cn bỏm sỏt vo th v cú s bin i toỏn hc hp lớ i n kt qu nhanh chúng, chớnh xỏc Bi 6: ( Thi tnh 2010-2011)4,00 im a) Chu trỡnh t-tụ biu din trờn th p-V hỡnh v 1-2 : nộn on nhit hn hp khụng khớ nhiờn liu 2-3 : chỏy (nhn nhit) ng tớch 3-4 : gión on nhit 4-1 : thi khớ (coi nh nh nhit) v np hn hp mi; thc l 4-5-6-1 nhng vỡ 5-6 v 6-1 trit tiờu v GV:Phan Ngọc Hùng thpt Nguyễn Văn Trỗi ;Đ/c 64c Dơng Vân Nga ,Vĩnh Hải;Đt:0982493474 Trang Bồi dỡng hsgthpt môn Vật lí Chủ đề :Nhiệt học nhit v cụng V P = V2 P3 gi l t s nộn ( t n 9) p = p2 gi l t s tng ỏp nhn nhit P2 v theo Tớnh hiu sut H ca chu trỡnh theo t s nộn ch s on nhit ca khớ b) Chu trỡnh i-ờ-zen biu din trờn th p-V P nh hỡnh v 1-2 : nộn on nhit khụng khớ P V2 2-3 : nhn nhit ng ỏp (phun nhiờn liu vo xi lanh, nhiờn liu chỏy) 3-4 : gión on nhit 4-1 : (thc l 4-5-6-1) thi khớ v np khớ mi, cú th coi nh nh nhit V P = V2 V V gi l t s nộn V = V2 h s n sm , v theo ch s on nhit ca khớ Tớnh hiu sut ca chu trỡnh theo P V2 P ( 1) ( ) PV = P V p = p = p ữ 1 2 2 V1 P T p p2 p3 = = = ( ) ( ) T2 T3 T2 p2 1;5 V pV = pV p = p V V ( ) 32 41 ữ = p3 ( ) V 1;5 V V1 1;5 V1 3 2 GV:Phan Ngọc Hùng thpt Nguyễn Văn Trỗi ;Đ/c 64c Dơng Vân Nga ,Vĩnh Hải;Đt:0982493474 V Trang V Bồi dỡng hsgthpt môn Vật lí ( 1) ( ) Q 12 = 0; A12 = Chủ đề :Nhiệt học p1V1 p2V2 ( 1) ( ) ( 3) Q = nCV ( T3 T2 ) ; A23 = ( 3) ( ) Q 34 = 0; A34 = ( ) ( 1) Q 41 = nCV ( T1 T4 ) ; A41 = Q = Q23 = nCV ( T3 T2 ) 23 p3V3 p4V4 p3V2 p4V1 = ( 2) ( 1) ( ) A = A34 + A12 = (p p3V2 p4V1 p1V1 p2V2 p3V2 p3 V1 p2 V1 p2V2 + = + p2 ) V2 (p3 p2 )V1 A H= = Q ( = p2V2 ( 1) nCV ( T3 T2 ) Chỳ ý bi cú th tớnh b) H= (p ( p2 ) V2 V1 ) = ) = p V ( 1) ( ) ( p2V2 ( 1) nCV ( T3 T2 ) ( 1) ) = R ( ) = C T T Q = nCP T = nCP ( T3 T2 ) H = V ( 1) CP T3 T2 Q ' = nCV T = nCV ( T4 T1 ) 1 V2 ( ) ( 3) : T = CV ( 1) A Q Q' Q' = = ; vụựi Q'=nCV T = nCV ( T4 T1 ) Q Q Q A Q' H = = Q Q ( 1) ( ) : T V 2 = T2V2 T1 = T2 V2 V1 1 = T2 ữ V3 V T VT = = ; V3 = ( 3) T3 V2 T2 T2 ( 3) ( ) : T3 V3 = T4V4 = T4V1 T4 = T3 V3 V4 P P3 1;5 P1 ( 2) V2 V3 V2T3 T2 T = T ( ) ( ) V1 V = T3 ữ ( ) V GV:Phan Ngọc Hùng thpt Nguyễn Văn Trỗi ;Đ/c 64c Dơng Vân Nga ,Vĩnh Hải;Đt:0982493474 V1 V ữ ữ ữ ữ Trang 10 Bồi dỡng hsgthpt môn Vật lí V2T3 T = T3 V1 Chủ đề :Nhiệt học ữ ữ ữ ữ 1 = T3 ữ ( 5) ( ) T3 = T2 ; T1 = T2 ữ T = ữ ( 6) 1 T3 ữ T2 ữ C T T ( 1) ( ) ( 5) ( ) H = CV T4 T1 = P T3 ữ 1 ữ = 1 ữ 1 1 ữ ( ) 1 = = ( 1) Bi 7: (Thi HSG tnh 2013-2014)(4 im) Mt lng khớ heli thc hin mt quỏ trỡnh bin i t trng thỏi A cú ỏp sut p0 ,th tớch V0,n trng thỏi B p0 ,th tớch 3,25V0.Trong h trc (p,V) cú ỏp sut quỏ trỡnh bin i c mụ t nh hỡnh v Cho hng s ca cht khớ l R 1)Tớnh lng nhit m khớ nhn c quỏ trỡnh AB 2)Vi giỏ tr no ca V thỡ nhit ca khớ ln nht P A P0 B V0 V 3,25V a) p0 p0 3P P p= V + p' = V + p' = V + p' 3,25V0 V0 9V0 + V0 P0 p = V + P0 ữ( 1) 3 + V0 P PV V = V0 P0 = V0 + p ' p' = P0 + 0 = P0 ữ 3 p = P0 P + V0 + V0 3,25V0 P0V 32,5V0 A = dA; dA = pdV = V + P0 dV A = + P0 ữ ữ ữV ữ V V0 GV:Phan Ngọc Hùng thpt Nguyễn Văn Trỗi ;Đ/c 64c Dơng Vân Nga ,Vĩnh Hải;Đt:0982493474 Trang 11 Bồi dỡng hsgthpt môn Vật lí Chủ đề :Nhiệt học + V0 P0 P P0 2,25 2 3,25V0 ) + V02 + P0 ) + 2,25P0V0 ( ữ2,25V0 = P0V0 (3,25 + + 6 181 P0 181 P0 = P0V02 + ữ+ 2,25P0V0 = P0V0 + ữV0 + 2,25 16 16 m i 5 P RT = CV T = R ( TB TA ) = ( PBVB PAVA ) = 3,25V0 P0V0 ữ M2 2 5P0V0 3,25 15P0V0 1ữ = 32 U = Q = U + A = 181 P0 15P0V0 + P0V0 + 32 16 15 181 P0 + ữV0 + 2,25 ữV0 + 2,25 = P0V0 + 32 16 57 181 P0 = P0V0 + + ữV0 32 16 + V0 + V0 P0 P0 V + P0 ữ pV = V + P0 ữV 3 + V0 + V0 P P0 RT = V + P0 V + P0 ữV T = ữV 3 R R + V0 P0 ữ R + V0 V = = P0 R b) ( 1) p = Bi 8: (Thi HSG tnh 2015)(4 im).Mt bỡnh hỡnh tr nm ngang cha y cht khớ lớ tng cú lng Khong cỏch gia hai ỏy bỡnh l l Th tớch ca bỡnh l V.Nhit ca bỡnh l mol l T0 ,ỏp sut ca khớ bỡnh l p0.Cho hng s ca cht khớ l R 1) Xỏc nh lng ca khớ bỡnh 2) Sau ú ngi ta a nhit ca ỏy trờn ca bỡnh lờn thnh T2 cũn nhit ỏy di l T1( T1[...].. .Bồi dỡng hsgthpt môn Vật lí V2T3 T = T3 2 V1 Chủ đề :Nhiệt học 1 ữ ữ ữ ữ 1 1 = T3 ữ ( 5) 1 ( 4 ) T3 = T2 ; T1 = T2 1 ữ 1 T 1 = 3 ữ ( 6) 1 1 1 1 T3 ữ T2 ữ C T T ( 1) ( 2 ) ( 5) ( 6 ) H = 1 CV T4... 2 32,5V0 A = dA; dA = pdV = 0 V + P0 dV A = + P0 ữ ữ ữV 3 ữ 3 6 3 V V0 0 GV:Phan Ngọc Hùng thpt Nguyễn Văn Trỗi ;Đ/c 64c Dơng Vân Nga ,Vĩnh Hải;Đt:0982493474 Trang 11 Bồi dỡng hsgthpt môn Vật lí Chủ đề :Nhiệt học 3 + V0 2 P0 P P0 2,25 2 2 3,25V0 ) + 0 V02 + P0 ) + 2,25P0V0 ( ữ2,25V0 = P0V0 (3,25 + + 6 6 6 3 3 181 P0 181 P0 = P0V02 + ữ+ 2,25P0V0 = P0V0 + ữV0 + 2,25 16 6 16... khong cỏch gia hai tm S.l = V Ta s cú Xột mt lp khớ nm ngang cú b dy dx cỏch tm di mt GV:Phan Ngọc Hùng thpt Nguyễn Văn Trỗi ;Đ/c 64c Dơng Vân Nga ,Vĩnh Hải;Đt:0982493474 Trang 12 Bồi dỡng hsgthpt môn Vật lí Chủ đề :Nhiệt học on x T = T1 + x ( T T ) l 2 1 dV = Sdx v nhit Lp khớ cú Do nhit khớ tng tuyn tớnh t di lờn trờn Phng trỡnh ca ng biu din cú dng Khi lng ca lp khớ c tớnh theo phng trỡnh trng... T0 T0 T T 1 + ữ 1 + ữ T0 T0 T 1 + ữ T0 ữ 1 T p = p0 1 + ữ ữ 2 T0 GV:Phan Ngọc Hùng thpt Nguyễn Văn Trỗi ;Đ/c 64c Dơng Vân Nga ,Vĩnh Hải;Đt:0982493474 Trang 13 Bồi dỡng hsgthpt môn Vật lí Chủ đề :Nhiệt học p D A PA E C PD B VD PC PB O VA Bi 9: (HSG QG 2012- vũng 1):Mt mol khớ lớ tng lng nguyờn t thc hin chu trỡnh nh th di õy, trong ú: AB on nhit; BC ng nhit; DA ng nhit; CD l quỏ... = U EB = CV ( TE TB ) = ( pEVE pBVB ) 2 -Quỏ trỡnh EB: on nhit: A A 1 B B GV:Phan Ngọc Hùng thpt Nguyễn Văn Trỗi ;Đ/c 64c Dơng Vân Nga ,Vĩnh Hải;Đt:0982493474 (5) Trang 14 Bồi dỡng hsgthpt môn Vật lí = H s Chủ đề :Nhiệt học pD pC P = 8.104 Pa / lit = E ( 6 ) VD Vc VE VE = 6, 67 lit p AVA = pEVE ( 7 ) ; ( 6 ) ( 7 ) 5 pE = 5,336.10 Pa im E thuc ng on nhit AB nờn: Thay vo (5) ta c: AEB=3889J... V3 ) 2 2 Thay (4) vo (1) v (3) ta c: ( ) (4) GV:Phan Ngọc Hùng thpt Nguyễn Văn Trỗi ;Đ/c 64c Dơng Vân Nga ,Vĩnh Hải;Đt:0982493474 Trang 15 Bồi dỡng hsgthpt môn Vật lí AAB V13 ( ) 3 1 3 3 2 1 + n V1 ữ V1 = = V13 3 V23 V13 = 3 ( 1+ n + 3 Chủ đề :Nhiệt học 3 ) n2 + 3 n 8 24 = V13 ( ) 3 1 3 3 2 1+ n ữ 1 1+ 3 n 8 = V13 3 24 ( ) n + 3 3 n2 + 3 n 7 ( 5) 24 1 3 n 1 AEA = p1 ( V1 V2... Nhit nhn trong chu trỡnh ABCDBEA: 2 2 ( ) ( ) ( ( ( ( ) ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( ) ) ) ) GV:Phan Ngọc Hùng thpt Nguyễn Văn Trỗi ;Đ/c 64c Dơng Vân Nga ,Vĩnh Hải;Đt:0982493474 Trang 16 Bồi dỡng hsgthpt môn Vật lí Chủ đề :Nhiệt học 3 3 R ( T3 T1 ) = AAC + ( RnT1 RT1 ) 2 2 n 1 3 3 n 1 3 ( n 1).11 = AAC + RT1 ( n 1) = V13 + pV1 ( n 1) = V13 + ( n 1) = V13 ( 10 ) 2 3 2 2 6 3 T (9) v (10) rỳt ra... ( n 1) 11 ) 2 3 n + 1 3 n 2 3,16% (10) 6 GV:Phan Ngọc Hùng thpt Nguyễn Văn Trỗi ;Đ/c 64c Dơng Vân Nga ,Vĩnh Hải;Đt:0982493474 Trang 17 Bồi dỡng hsgthpt môn Vật lí GV:Phan Ngọc Hùng thpt Nguyễn Văn Trỗi ;Đ/c 64c Dơng Vân Nga ,Vĩnh Hải;Đt:0982493474 Chủ đề :Nhiệt học Trang 18