2 các nguyên lý của nhiệt động lực học

§2 CÁC NGUYÊN LÝ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC I Trọng tâm kiến thức Nguyên lí I nhiệt động lực học Độ biến thiên nội vật tổng công nhiệt lượng mà vật nhận U  A  Q Qui ước dấu: U  0: nội tăng; U  : nội giảm A > 0: hệ nhận công; A < 0: hệ thực công Q > 0: hệ nhận nhiệt; Q < 0: hệ truyền nhiệt Nguyên lí II nhiệt động lực học Cách phát biểu Clau-di-út Nhiệt tự truyền từ vật sang vật nóng Cách phát biểu Các-nô Động nhiệt khơng thể chuyển hố tất nhiệt lượng nhận thành công học Ở 2, ta thường gặp dạng tốn sau: Dạng 1: Tính tốn đại lượng liên quan đến công, nhiệt độ biên thiên nội Áp dụng nguyên lý I: U  A  Q Trong đó: U : biến thiên nội (J) A: cơng (J) Chú ý: Q trình đẳng tích: V  � A  nên U  Q Quá trình đẳng nhiệt: T  � U  nên Q  - A Quá trình đẳng áp: A  p V2  V1   p.V p = số: áp suất khối khí V1,V2: thể tích lúc đầu lúc sau khí Đơn vị thể tích V (m ), đơn vị áp suất p (N/m ) (Pa) 1Pa  N m2 Dạng 2: Ví dụ tốn hiệu suất động nhiệt H Hiệu suất thực tế: Hiệu suất lý tưởng: Q1  Q2 Q1 Hmax   |A| (%) Q1 T1  T2 T  1 v�H �Hmax T1 T1 Nếu cho H suy A biết Q1, ngược lại cho A suy Q1 Q2 II Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Người ta thực công 1000J để nén khí xilanh Tính độ biến thiên khí, biết khí truyền mơi trường xung quanh nhiệt lượng 400J? A U  600J Lời giải: B U  1400J C U  1400J D U  600J U  A  Q  400 1000  600J Đáp án D Ví dụ 2: Người ta cung cấp nhiệt lượng 1,5J cho chất khí đựng xilanh đặt nằm ngang Khí nở đẩy pittơng đoạn cm Biết lực ma sát pittông xilanh có độ lớn 20N Tính độ biến thiên nội khí: A U  0,5J B U  2,5J C U  0,5J D U  2,5J Lời giải: U  Q  A   F S  1,5 20.0,05  0,5(J ) Đáp án A Ví dụ 3: Một lượng khí bị nung nóng tăng thể tích 0,02m nội biến thiên 1280J Nhiệt lượng truyền cho khí bao nhiêu? Biết hình đẳng áp áp suất 2.105Pa A 2720J B 1280 J C 5280J D 4000J Lời giải:   U  Q  A � Q  U  A  1280 0,02.2� 105  5280(J ) Đáp án C Ví dụ 4: Một bình nhơm khối lượng 0,5kg nhiệt độ 20°C Tính nhiệt lượng cần cung cấp để tăng lên 50°C Biết nhiệt dung nhôm 0,92.103 J/kg K A 13,8.103J B 9,2.103J C 32,2.103J D 23,0.103J Lời giải: Q  mc.DT  0,5,0,92,103.(50  20)  13800(J ) Đáp án A Ví dụ 5: Một động nhiệt lý tưởng hoạt động hai nguồn nhiệt 100°C 25,4°C, thực cơng 2kJ Tính nhiệt lượng mà động truyền cho nguồn lạnh A 12 kJ B 10 kJ C kJ D 8kJ Lời giải: H Hiệu suất động cơ: T1  T2 373 298,4   0,02  2% T1 373 - Suy ra, nhiệt lượng mà động nhân từ nguồn nóng là: - Nhiệt lượng mà động truyền cho nguồn lạnh: Q1  A  10kJ H Q2  Q1  A  8kJ Đáp án D III Bài tập rèn luyện kỹ Câu 1: Câu sau nói truyền nhiệt không đúng? A Nhiệt tự truyền từ vật lạnh sang vật nóng B Nhiệt tự truyền từ vật nóng sang vật lạnh C Nhiệt truyền từ vật lạnh sang vật nóng D Nhiệt tự truyền hai vật có nhiệt độ Câu 2: Hệ thức sau phù hợp với trình làm lạnh khí đẳng tích? A U  A với A >0 B U  Q với Q >0 D U  Q với Q 0 Câu 14: Đáp án A A  p.V  4000J � U  Q  A � Q  5280J Câu 15: Đáp án B A  p V2  V1   50J � V2  7,5.103m3 � T2  292K Câu 16: Đáp án A V không đổi � A  � U  Q Vì trình đẳng tích ta có: T2  1500K � Q  mC T  12432J Câu 17: Đáp án C V1  Sh  4,5.103m3 3 Vì trình đẳng áp � V2  5,3.10 m Câu 18: Đáp án B Với V1  Sh  8.103 m3 Vì trình đẳng áp � V2  0,016m3 A  p. V2  V1   6400J Câu 19: Đáp án C U  Q  A  100 20  80J Câu 20: Đáp án D U  Q  A  60J Câu 21: Đáp án D U  Q  A  Q A = Câu 22: Đáp án C Câu 23: Đáp án B Câu 24: Đáp án C U  Q  A  Q A = Câu 25: Đáp án A U  Q  A Câu 26: Đáp án B Câu 27: Đáp án C Câu 28: Đáp án C A  Q1  Q2  4,32.104  3,84.104  48000J A H � 100%  11,11% Q1 Câu 29: Đáp án D A   Fs  1J U  Q  A U  Q  A  1,5 20.0,05  0,5J Câu 30: Đáp án C Khi kg xăng cháy hết tòa nhiệt lượng: 46.106J |A|  0,2 �| A | 92.105J Q A P   2555,56W t H BÀI KIỂM TRA CHỦ ĐỀ SỐ Câu 1: 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 2: 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 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: Nội khối khí lý tưởng đơn nguyên tử xác định công thức A U  3nRT / B U  3mRT / 2 C U  3pV / D Cả câu A, B, C Câu 5: Không thể chế tạo động vĩnh cửu loại A động hoạt động thời gian ngắn B trái với nguyên lý nhiệt động lực học C câu A B sai D câu A B Câu 6: Áp dụng nguyên lý nhiệt động lực học cho trình biến đổi trạng thái khí lý tưởng, ta có Q = A trong: A trình đẳng áp B trình đẳng nhiệt C q trình đẳng tích D q trình đoạn nhiệt Câu 7: Phát biểu sau hiệu suất động nhiệt sai với T1 nhiệt độ tuyệt đối nguồn nóng; T2 nhiệt độ tuyệt đối nguồn lạnh A H nhỏ T T H�1 T1 B C H thấp D H Câu 8: Nguyên lý nhiệt động lực học phát biểu: A Nhiệt tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng B Khơng thể thực q trình tuần hồn mà kết thực cơng lấy nhiệt từ nguồn C câu A B D câu A B sai Câu 9: Một động nhiệt giây nhận từ nguồn nóng nhiệt lượng 3.6.10 4J đồng thời nhường cho nguồn lạnh 2,4.104J Tính hiệu suất động A 54,54% B 61,11% C 33,33% D 11,11% Câu 10: Trường hợp làm biến đổi nội không thực công? A Đun nước bếp B Một viên bi thép rơi xuống đất mềm C Cọ xát hai vật vào D Nén khí xi lanh Câu 11: Một máy nước có cơng suất 25KW, nhiệt độ nguồn nóng t = 220°C, nguồn lạnh t2 = 62°C Biết hiệu suất động 2/3 lần hiệu suất lí tưởng ứng với nhiệt độ Biết suất tỏa nhiệt than q = 34.106J/kg Lượng than tiêu thụ thời gian là: A 25 kg B 62,9 kg C 21,4kg D 32kg Câu 12: Tìm áp suất khối khí lý tưởng đơn ngun tử bình lít, biết nội khí 300J A 105 N/m2 B 104 N/m2 C 700 mmHg D đáp số khác Câu 13: Nhiệt lượng phần lượng mà: A vật tiêu hao truyền nhiệt B vật nhận truyền nhiệt C vật nhận hay truyền nhiệt D Cả sai Câu 14: Biểu thức nguyên lý thứ nhiệt động lực học trường hợp nung nóng khí bình kín (bỏ qua giãn nở bình) là: A U  A B U  Q - A C U  Q D U  Q  A Câu 15: Để nâng cao hiệu suất động nhiệt ta phải: A tăng T2 giảm T1 B tăng T1 giảm T2 C tăng T1 T2 D giảm T1 T2 Câu 16: Hiệu suất động nhiệt H xác định bằng: Q1  Q2 A Q1 T1  T2 B T1 Q2  Q1 C Q1 T2  T1 D T1 Câu 17: Trong động nhiệt, nguồn nóng có tác dụng: A trì nhiệt độ cho tác nhân B cung cấp nhiệt lượng cho tác nhân C lượng trực tiếp cho nguồn lạnh D lấy nhiệt lượng tác nhân Câu 18: Trong động đốt trong, nguồn lạnh A bình ngưng B hỗn hợp nhiên liệu khơng khí chảy buồng đốt C khơng khí bên ngồi D hỗn hợp nhiên liệu khơng khí cháy xi lanh Câu 19: Người ta thực công 1000J để nén khí xi lanh, khí truyền bên ngồi nhiệt lượng 600J Hỏi khí tăng hay giảm A 1000J B 600J C 300J D 400J Câu 20: Trong q trình, cơng khối khí nhận 100J nhiệt lượng khối khí nhận 200J Độ biến thiên nội khối khí A 1000J B 600J C 300J D 400J ĐÁP ÁN C 11 B C 12 A A 13 C D 14 C D 15 B B 16 A D 17 C C 18 C HƯỚNG DẪN GIẢI CHI TIẾT Câu 1: Đáp án C Q  Cm t2  t1  dùng để xác định nhiệt lượng Câu 2: Đáp án C Câu 3: Đáp án A Câu 4: Đáp án D Câu 5: Đáp án D Câu 6: Đáp án B Câu 7: Đáp án D Không động đạt hiệu suất 1, luôn nhỏ Câu 8: Đáp án C Câu 9: Đáp án C A  Q1  Q2  3,6.104  2,4.104  12000J H | A | Q1  Q2   � H  33,33% Q Q Câu 10: Đáp án A Làm tăng nội cách truyền nhiệt đơn Câu 11: Đáp án B - Hiệu suất cực đại máy là: H M ax  H - Hiệu suất thực máy là: T1  T2  0,32 T1 2   0,21 3Hmax 3.0,32 - Công máy thực 5h: A = p.t H - Nhiệt lượng mà nguồn nóng máy nhận là: - Khối lượng than cần sử dụng 5h là: Câu 12: Đáp án A m A A P.t � Q1    2,14.195J Q1 H H Q1  62,9kg q C 19 D 10 A 20 C U 3pV 2U 2.3.102 � p   105N / m2 3 3V 3.2.10 Câu 13: Đáp án C Câu 14: Đáp án C Trong bình kín khí khơng dãn nở A = Câu 15: Đáp án B Câu 16: Đáp án A H A Q1  Q2  Q Q1 Câu 17: Đáp án C Câu 18: Đáp án C Câu 19: Đáp án D U  A  Q  1000 600  400J Câu 20: Đáp án C U  A  Q  100 200  300J ... 19.C 10.A 20 .D 21 .D 22 .C 23 .B 24 .C 25 .A 26 .B 27 .C 28 .C 29 .D 30.C HƯỚNG DẪN GIẢI CHI TIẾT Câu 1: Đáp án D Nhiệt tự truyền vật có nhiệt độ Câu 2: Đáp án D Khí khơng sinh cơng ( A =0 ) nhả nhiệt (... nguyên lý nhiệt động lực học C câu A B sai D câu A B Câu 6: Áp dụng nguyên lý nhiệt động lực học cho trình biến đổi trạng thái khí lý tưởng, ta có Q = A trong: A trình đẳng áp B q trình đẳng nhiệt. .. nhiệt 100°C 25 ,4°C, thực cơng 2kJ Tính nhiệt lượng mà động truyền cho nguồn lạnh A 12 kJ B 10 kJ C kJ D 8kJ Lời giải: H Hiệu suất động cơ: T1  T2 373 29 8,4   0, 02  2% T1 373 - Suy ra, nhiệt