Chủ đề VI: CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC Vấn đề cần nắm: I Nội biến thiên nội II Các nguyên lí nhiệt động lực học Trái tim ô tô, xe máy phổ biến động nhiệt, tìm hiểu nguyên lí động nhiệt kiên thức thực tiễn nội dung trọng tâm chủ đề Chủ đề đề cập đến gồm kiến thức nội năng, biến thiên nội năng, hai nguyên lí quan trọng nhiệt động lực học mà "trái tim" xe phải tuân theo Các tập tác giả gắn với thực tế thực tiễn giúp nâng cao hứng thú học tập, làm kiến thức không khô khan nhàm chán qua hiệu suất tiếp nhận lĩnh hội kiến thức nâng cao §1 NỘI NĂNG VÀ SỰ BIẾN THIÊN NỘI NĂNG I Trọng tâm kiến thức Nội năng: Nội vật tổng động phân tử cấu tạo nên vật Chú ý: Nội vật phụ thuộc vào nhiệt độ thể tích vật U = f(T ,V) Độ biến thiên nội năng: phần nội tăng thêm hay giảm bớt trình Có hai cách làm thay đổi nội năng: Thực cơng Ví dụ: Làm nóng miếng kim loại ma sát Thực công: ∆U = A Với chất khí lí tưởng: A = p.∆V = ∆U Trong đó: ( p áp suất khí N / m ) ∆V độ biến thiên thể tích (m3) Truyền nhiệt 2.1 Quá trình truyền nhiệt Quá trình làm thay đổi nội khơng có thực cơng gọi q trình truyền nhiệt Ví dụ: làm nóng miếng kim loại cách nhúng vào nước nóng 2.2 Nhiệt lượng Số đo độ biến thiên nội trình truyền nhiệt nhiệt lượng ∆U = Q Nhiệt lượng mà lượng chất rắn lỏng thu vào hay toả nhiệt độ thay đổi tính theo cơng thức: Q = mc∆t Nhiệt lượng: Số đo độ biến thiên nội trình truyền nhiệt nhiệt lượng: ∆U = Q Biểu thức: Q = mc∆t ⇒ ∑ Q táa = ∑ Q thu Trong đó: Q - nhiệt lượng thu vào hay tỏa (J) m - khối lượng (kg) c - nhiệt dung riêng chất (J / kg.K ) ∆t - độ biến thiên nhiệt độ (°C °K) Chú ý: Cách đổi đơn vị áp suất: 1N / m2 = 1pa(Paxcan) 1atm = 1,013.105 pa 1at = 0,981.105 pa 1mmHg = 133pa = 1tor II Ví dụ minh hoạ Ví dụ 1: Để xác định nhiệt dung riêng kim loại, người ta bỏ vào nhiệt lượng kế chứa 500g nước nhiệt độ 15°C miếng kim loại có m=400g đun nóng tới 100°C Nhiệt độ có cân nhiệt 20°C Tính nhiệt dung riêng kim loại Bỏ qua nhiệt lượng làm nóng nhiệt lượng kế khơng khí Lấy CH2O = 4190J/kg.K A CKL = 167,6J / Kg.K B CKL = 419J / Kg.K C CKL = 327,34J / Kg.K D CKL = 372,43J / Kg.K Lời giải: Nhiệt lượng tỏa QKL = mKL CKL ( t2 − t) = 0,4.CKL (100− 20) = 32.CKL Nhiệt lượng thu vào: Qthu = QH2O = mH2O.CH2O ( t − t1 ) = 10475J Qto¶ = Qthu ⇔ 32.CKL = 10475⇒ CKL = 327,34J / Kg.K Đáp án C Study tips: Chú ý cơng thức tính nhiệt lượng Q = mc∆t Ví dụ 2: Một ấm đun nước nhơm có m = 350g, chứa 2,75kg nước đun bếp Khi nhận nhiệt lượng 650KJ ấm đạt đến nhiệt độ 60°C Hỏi nhiệt độ ban đầu ấm, biết CAl = 880 J/kg.K, CH2O = 4190J/kg.K A 20°C B 5,1°C C 3,5°C D 6,5°C Lời giải: Nhiệt lượng thu vào: QH2O = mH2O.CH2O ( t − t1 ) = 691350− 11522,5t1 QAl = mAl CAl ( t − t1 ) = 19320− 322t1 o Nhiệt lượng ấm nhôm đựng nước nhận QH2O + QAl = 650.10 ⇒ t1 = 5,1 C Đáp án B Ví dụ 3: Để xác định nhiệt dung riêng chất lỏng, người ta đổ chất lỏng vào 20g nước 100°C Khi có cân nhiệt, nhiệt độ hỗn hợp nước 37,5°C, m h h = 140g Biết nhiệt độ ban đầu 20°C, CH2O = 4200J/kg.K Nhiệt dung riêng chất lỏng là: A 2000 J/Kg.K B 4200 J/Kg.K C 5200J/Kg.K Lời giải: Nhiệt lượng tỏa ra: QH2O = mH2O.CH2O ( t2 − t) = 5250J Nhiệt lượng thu vào: QCL = mCL CCL ( t − t1 ) = 2,1.CCL J D 2500J/Kg.K Đáp án D Ví dụ 4: Để xác định nhiệt độ lò, người ta dựa vào miếng sắt m = 22,3g Khi miếng sắt có nhiệt độ nhiệt độ lò, người ta lấy thả vào nhiệt lượng kế chứa 450g nước 15°C, nhiệt độ nước tăng lên tới 22,5°C Xác định nhiệt độ lò Biết CFe = 478J / kg.K;CH2O = 4180J / kg.K;CNLK = 418J / kg.K A 1340,9oC B 1390,4oC C 1500oC D 1050oC Lời giải: Nhiệt lượng tỏa ra: QFe = mFe ×CFe ( t2 − t) = 10,7t2 − 239,8J Nhiệt lượng thu vào: QH2O = mH2O.CH2O ( t − t1 ) = 14107,5J Qto¶ = Qthu ⇔ 10,7t2 − 239,8 = 14107,5⇒ t2 = 1340,9o C Đáp án A Ví dụ 5: Một cốc nhơm m = 100g chứa 300g nước nhiệt độ 20°C Người ta thả vào cốc nước thìa đồng khối lượng 75g vừa rút từ nồi nước sôi 100°C Xác định nhiệt độ nước cốc có cân nhiệt Bỏ qua hao phí nhiệt Lấy CAl = 880J / kg.K;CCu = 380J / kg.K;CH2O = 4190J/kg.K A 25°C B 50°C C 21,7°C D 27,1°C Lời giải: Nhiệt lượng tỏa ra: QCu = mCu.CCu ( t2 − t) = 2850− 28,5tJ Nhiệt lượng thu vào: QH2O = mH2O.CH2O ( t − t1 ) = 1257.t − 25140 QAl = mAl CAl ( t − t1 ) = 88.t − 1760 Qto¶ = Qthu ⇔ 2850− 28,5t = 1257.t − 25140+ 88.t − 1760 ⇒ t = 21,7o C Đáp án C III Bài tập rèn luyện kỹ Câu 1: Điều sau nói cách làm thay đổi nội vật? A Nội vật biến đổi hai cách: thực cơng truyền nhiệt B Quá trình làm thay đổi nội có liên quan đến chuyển dời vật khác tác dụng lực lên vật xét gọi thực cơng C Q trình làm thay đổi nội không cách thực công gọi truyền nhiệt D Các phát biểu A, B, C Câu 2: Phát biểu sau nội khơng đúng? A Nội chuyển hóa thành dạng lượng khác B Nội nhiệt lượng vật nhận trình truyền nhiệt C Nội vật tăng lên, giảm D Nội khí lí tưởng khơng phụ thuộc vào thể tích, mà phụ thuộc vào nhiệt độ Câu 3: Khi truyền nhiệt cho khối khí khối khí có thể: A tăng nội thực công B giảm nội nhận công C A B D A B sai Câu 4: Một vật khối lượng m, có nhiệt dung riêng c, nhiệt độ đầu cuối t1 t2 Công thức Q = cm( t2 − t1 ) dùng để xác định: A nội B nhiệt C nhiệt lượng D lượng Câu 5: Đơn vị nhiệt dung riêng hệ SI là: A J/g độ B J/kg độ C kJ/kg độ D cal/g độ Câu 6: Nội vật A tổng động vật B tổng động phân tử cấu tạo nên vật C tổng nhiệt lượng mà vật nhận trình truyền nhiệt thực cơng D nhiệt lượng vật nhận trình truyền nhiệt Câu 7: Câu sau nói nội khơng đúng? A Nội dạng lượng B Nội chuyển hóa thành dạng lượng khác C Nội nhiệt lượng D Nội vật tăng lên giảm Câu 8: Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun nóng kg nước từ nhiệt độ 20°C lên 100°C Biết nhiệt dung riêng nước 4,18.103 J/kg.K A 1672.103J B 1267.103J C 3344.103J D 836.103J Câu 9: Tính nhiệt lượng tỏa miếng sắt có khối lượng kg nhiệt độ 500°C hạ xuống 40°C Biết nhiệt dung riêng sắt 478J/kg.K A 219880 J B 439760 J C 879520 J D 109940 J Câu 10: Người ta bỏ miếng hợp kim chì kẽm có khối lượng 50g t = 136°C vào nhiệt lượng kế có nhiệt dung 50 J/K chứa 100g nước 14°C Xác định khối lượng kẽm chì hợp kim trên, biết nhiệt độ cân nhiệt lượng kế 18°C Bỏ qua trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài, CZn = 377J / kg.K,C Pb = 126J / Kg.K A mZn = 0,005kg, mPb = 0,045kg B mZn = 0,035kg, mPb = 0,015kg C mZn = 0,045kg, mPb = 0,005kg D mZn = 0,015kg, mPb = 0,035kg Câu 11: Người ta thả miếng đồng m = 0,5kg vào 500g nước Miếng đồng nguội từ 80°C đến 20°C Hỏi nước nhận nhiệt lượng từ đồng nóng lên thêm độ? Lấy CCu = 380J / kg.K;CH2O = 4190J/kg.K A 11400J; 5,6°C B 125700J; 6°C C 11400J; 5,4°C D 125700J; 6,6°C Câu 12: Một cốc đựng 200cc nước có tổng khối lượng 300g nhiệt độ 30°C Một người đổ thêm vào cốc 100cc nước sôi Sau cân nhiệt có nhiệt độ 50°C Xác định nhiệt dung riêng chất làm cốc, biết CH2O = 4200J/kg.K , khối lượng riêng nước 1kg/ lít A 2000J/Kg.K B 4200J/Kg.K C 2100J/Kg.K D 1200J/Kg.K Câu 13: Trộn chất lỏng khơng tác dụng hố học lẫn Biết m = 10kg, m = 1kg, m3 = 5kg, t =6°C, t2 = -40°C, t3 = 60°C, C1 = KJ/kg.K, C2 = KJ/kg.K, C3 = KJ/kg.K Tìm nhiệt độ cân A 19°C B -19°C C 15 °C D -15 °C Câu 14: Thả cầu nhôm m = 0,15kg đun nóng tới 100°C vào cốc nước 20°C Sau thời gian nhiệt độ cầu nước 25°C Tính khối lượng nước, coi có cầu nước truyền nhiệt cho nhau, CAl = 880J / kg.K;CH2O = 4200J/kg.K A 0,74 kg B 0,47 kg C 0,75kg D 0,57kg Câu 15: Một ấm nước nhơm có khối lượng 250g, chứa kg nước đun bếp Khi nhận nhiệt lượng 516600 J ấm đạt đến nhiệt độ 80°C Biết nhiệt dung riêng nhôm nước CAl = 920J / kg.K;CH2O = 4190J/kg.K Nhiệt độ ban đầu ấm là: A 100°C B 39°C C 45°C D 20°C Câu 16: Một ấm nhơm có khối lượng 250g dựng 1,5kg nước nhiệt độ 25°C.Tìm nhiệt lượng cần cung cấp để đun sơi nước ấm (100°C) Biết nhiệt dung riêng nhôm nước lần lượt,là CAl = 920J / kg.K;CH2O = 4190J/kg.K A 49630J B 25400J C 488626J D 924190J Câu 17: Trộn lẫn rượu nước người ta thu hỗn hợp nặng 140g nhiệt độ 36 oC Tính khối lượng nước khối lượng rượu trộn Biết ban đầu rượu có nhiệt độ 19°C nước có nhiệt độ 100°C, cho biết nhiệt dung riêng nước 4200J/Kg.K, rượu 2500J/Kg.K A m1 = 0,02Kg;m2 = 0,12Kg B m1 = 0,13Kg;m2 = 0,01Kg C m1 = 0,03Kg;m2 = 0,09Kg D m1 = 0,1Kg;m2 = 0,04Kg Câu 18: Người ta dẫn 0,2Kg nước nhiệt độ 100°C vào bình chứa 1,5Kg nước nhiệt độ 15°C Tính nhiệt độ cuối hỗn hợp xảy cân nhiệt A 100°C B 89,43°C C 45,67°C D 57,5°C Câu 19: Khi thực hành phịng thí nghiệm, học sinh cho luồng nước 100°C ngưng tụ nhiệt lượng kế chứa 0,35kg nước 10°C Kết nhiệt độ nước tăng lên 42°C khối lượng nước nhiệt kế tăng thêm 0,020kg Hãy tính nhiệt hóa nước thí nghiệm A L = 26.105(J/Kg) B L = 16.105(J/Kg) C L = 21.105(J/Kg) D L = 27.105(J/Kg) Câu 20: Có hai bình cách nhiệt, bình thứ chứa 2Kg nước 20°C, bình thứ hai chứa 4Kg nước 60°C Người ta rót ca nước từ bình vào bình Khi bình cân nhiệt người ta lại rót ca nước từ bình sang bình để lượng nước hai bình lúc đầu Nhiệt độ bình sau cân 21,95°C Xác định lượng nước rót lần nhiệt độ cân bình A 0,6 kg B 0,4 kg C 0,2 kg D 0,1 kg ĐÁP ÁN 1.D 11.C 2.B 12.C 3.A 13.B 4.C 5.B 6.B 7.C 14.B 15.D 16.C 17.A HƯỚNG DẪN GIẢI CHI TIẾT 8.A 18.B Câu 1: Đáp án D Có hai cách thay đổi nội vật: thực công truyền nhiệt Câu 8: Đáp án A Q = mH2o.CH2O ( t2 − t1 ) = 5.4180.(100− 20) = 1672000J Câu 9: Đáp án B Q = mC ( t2 − t1 ) = 439760J Câu 10: Đáp án C Nhiệt lượng toả ra: QZn = mZn.CZn ( t1 − t) = 39766mZn QPb = mPb.CPb ( t1 − t) = 14868mPb Nhiệt lượng thu vào: QH2O = mH2O.CH2O ( t − t2 ) = 1672J QNLK = C′ ( t − t2 ) = 200J Qto¶ = Qthu ⇔ 39766mZn +14868mPb =1672 +200 ⇒ mZn = 0,045kg, mPb = 0,005kg Câu 11: Đáp án C Nhiệt lượng tòa ra: QCu = mCu.CCu ( t1 − t) = 11400J Qto¶ = Qthu ⇔ QH2O = 11400 Nước nóng lên thêm: QH2O = mH2O.CH2O∆t ⇔ 11400 = 0,5.4190.∆t ⇒ ∆t = 5,4° C Câu 12: Đáp án C 1cc = 1ml = 10−6 m3 Khối lượng ban đầu nước cốc: m1 = V1.ρn = 200g Khối lượng cốc: m = 300 - 200 = 100g Nhiệt lượng lượng nước thêm vào tỏa từ 100° đến 50° Q2 = m2.Cn (100− 50) Nhiệt lượng lượng nước cốc thu vào để tăng từ 30° đến 50° Q′ = m1.Cn.(50− 30) Nhiệt lượng cốc thu vào tăng từ 30° đến 50° Qc = mC c.(50− 30) 9.B 19.C 10.C 20.D Qto¶ = Qthu ⇔ Q '+ Qc = Q2 ⇔ mC c.(50− 30) + m1.Cn.(50− 30) = m2.Cn(100− 50) ⇒ C = 2100J / Kg.K Câu 13: Đáp án B Q1 = m1.C1.( t − t1 ) = 1.2.103(t − 6) = 2.103t − 12.103 Q2 = m2.C2.( t − t2 ) = 10.4.103(t + 40) = 40.103t + 160.104 Q3 = m3.C3.( t − t3 ) = 5.2×103(t − 60) = 10.103t − 60.104 Qto¶ = Qthu ⇔ 2.103t − 12.103 + 40.103t + 160.104 + 10.103t − 60.104 = ⇒ t = −19° C Câu 14: Đáp án B Nhiệt lượng tỏa QAl = mAl ×CAl ( t1 − t) = 9900J Qto¶ = Qthu ⇒ QH2O = Qto¶ = 9900J ⇔ 9900 = mH2OCH2O ( t − t2 ) ⇔ 9900 = mH2 0.4200(25− 20) ⇒ mH2O = 0,47kg Câu 15: Đáp án D Gọi t1 nhiệt độ ban đầu ấm nhôm nước t2 nhiệt độ lúc sau cùa ấm nhôm nước (t2 = 80°C) Nhiệt lượng ấm nhôm thu vào là: Q1 = mc Al ( t2 − t1 ) = 0,25.920×( 80 − t1 ) Nhiệt lượng nước thu vào là: Q2 = mc n ( t2 − t1 ) = 2.4190.( 80 − t1 ) Nhiệt lượng ấm nước thu vào (nhiệt lượng cần cung cấp để ấm đạt đến 80°C) là: Q = Q1 + Q2 = 516600 ⇔ 516600 = 0,25.920.( 80− t1 ) + 0,25.920.( 80− t1 ) ⇒ t1 = 20o C Câu 16: Đáp án C Gọi t1 nhiệt độ ban đầu ấm nhôm nước (t1 = 25°C) t2 nhiệt độ lúc sau ấm nhôm nước (t2 = 100°C) Nhiệt lượng ấm nhôm thu vào là: Q1 = mc Al ( t2 − t1 ) = 17250J Nhiệt lượng nước thu vào (nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi nước) là: Q2 = mc n ( t2 − t1 ) = 471375J Nhiệt lượng ấm nước thu vào là: Q = Q1 + Q2 = 488626J Câu 17: Đáp án A Theo ta biết tổng khối lượng nước rượu 140 m1 + m2 = m⇔ m1 = m− m2(1) Nhiệt lượng nước toả ra: Q1 = m1.C1 ( t1 − t) Nhiệt lượng rượu thu vào: Q2 = m2.C2 ( t − t2 ) Theo PTCB nhiệt: Q1 = Q2 ⇔ m1.C1 ( t1 − t) = m2.C2 ( t − t2 ) ⇔ m1.4200(100− 36) = m2.2500(36 − 19) ⇔ 268800m1 = 42500m2 268800m1 ⇔ m2 = (2) 42500 Thay (1) vào (2) ta được: Q2 = m1.C.( t1 − t) = 0,2.4200(100− t) 268800( m− m2 ) = 42500m2 ⇔ 37632 − 268800m2 = 42500m2 ⇔ 31300m2 = 37632 ⇒ m2 = 0,12(Kg) -Thay m2 vào pt (l) ta được: (1) ⇔ m1 = 0,14 − 0,12 = 0,02(Kg) Câu 18: Đáp án D Nhiệt lượng tỏa 0,2 Kg nước 100°C ngưng tụ thành nước 100°C Q1 = m1.L = 0,2.2,3.106 = 460000(J ) Nhiệt lượng tỏa 0,2Kg nước 100°C thành nước t°C Nhiệt lượng thu vào l,5Kg nước 15°C thành nước t°C Q3 = m2.C.( t − t2 ) = 1,5.4200(t − 15) Áp dụng phương trình cân nhiệt: Q1 + Q2 = Q3 ⇔ 460000+ 0,2.4200(100− t) = 1,5.4200(t − 15) ⇔ 6780t = 638500 ⇔ t ≈ 89,43o C Câu 19: Đáp án C Nhiệt lượng mà 0,35kg nước thu vào: Q thu = mC ( t2 − t1 ) ≈ 46900(J ) Nhiệt lượng mà 0,020Kg nước 100°C ngưng tụ thành nước: Q = m L = 0,020 L ′ Nhiệt lượng mà 0,020Kg nước 100°C tỏa hạ xuống 42°C: Q2 = m.C ( t3 − t2 ) ≈ 4860(J ) Theo phương trình cân nhiệt: Q Thu = Q1 + Q2 ⇔ 46900 = 0,020L + 4860 ⇔ L = 21.105(J / Kg) Câu 20: Đáp án D Giả sử rót lượng nước m từ bình sang bình 2, nhiệt độ cân bình t nên ta có phương trình cân bằng: m.( t − t1 ) = m2.( t2 − t) ( 1) Tương tự lần rót nhiệt độ cân bình t' = 21,95°C lượng nước bình lúc ( ) ( ) ′ ′ cịn (m1 - m) nên ta có phương trình cân bằng: m t − t = ( m1 − m) t − t1 ( 2) Từ (1) (2) ta có pt sau: ( ) m2.( t2 − t) = m1 t − t1 ⇒ t = ′ ( ′ mt 2 t − t1 m2 ) ( 3) Thay (3) vào (2) tính tốn ta rút phương trình sau: m= ( m1.m2 t′ − t1 ( ) m2 ( t2 − t1 ) − m1 t′ − t1 ) ( 4) Thay số vào (3) (4) ta tìm t = 59o C ; m= 0,1kg ... m1.Cn.(50− 30) = m2.Cn (10 0− 50) ⇒ C = 210 0J / Kg.K Câu 13 : Đáp án B Q1 = m1.C1.( t − t1 ) = 1. 2 .10 3(t − 6) = 2 .10 3t − 12 .10 3 Q2 = m2.C2.( t − t2 ) = 10 .4 .10 3(t + 40) = 40 .10 3t + 16 0 .10 4 Q3 = m3.C3.(... − t3 ) = 5.2? ?10 3(t − 60) = 10 .10 3t − 60 .10 4 Qto¶ = Qthu ⇔ 2 .10 3t − 12 .10 3 + 40 .10 3t + 16 0 .10 4 + 10 .10 3t − 60 .10 4 = ⇒ t = ? ?19 ° C Câu 14 : Đáp án B Nhiệt lượng tỏa QAl = mAl ×CAl ( t1 − t) = 9900J...1N / m2 = 1pa(Paxcan) 1atm = 1, 013 .10 5 pa 1at = 0,9 81. 105 pa 1mmHg = 13 3pa = 1tor II Ví dụ minh hoạ Ví dụ 1: Để xác định nhiệt dung riêng kim loại, người ta bỏ vào nhiệt lượng