Bài giảng Chuyên đề Vật lý 10 - Chương 8: Chủ đề 2 cung cấp cho học sinh kiến thức về các nguyên lý nhiệt động lực học. Bài giảng này giúp người học có thể nắm bắt được các công thức liên quan cũng như giúp học sinh vận dụng các công thức để giải bài tập.
Chương 8: CÁC NGUYÊN LÝ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC Chủ đề 1: Cơ sở nhiệt động lực học Chủ đề 2: Các nguyên lý nhiệt động lực học Vu Dinh Hoang - lophocthem.com - vuhoangbg@gmail.com 01689.996.187 I Kiến thức: * Các cơng thức + Ngun lí I nhiệt động lực học: ∆U = A + Q Quy ước dấu: Q > 0: hệ nhận nhiệt lượng; Q < 0: hệ truyền nhiệt lượng; A > 0: hệ nhận công; A < 0: hệ thực công + Công hệ chất khí q trình đẵng áp: A = p∆V = p(V2 – V1) + Hiệu suất động nhiệt: H = | A | = Q − | Q | < 1 Q1 Q1 * Phương pháp giải + Để tính đại lượng biến đổi nội ta viết biểu thức nguyên lý I từ suy để tính đại lượng theo yêu cầu toán Trong biểu thức nguyên lí I lưu ý lấy dấu A Q + Để tính đại lượng có liên quan đến hiệu suất động nhiệt ta viết biểu thức hiệu suất động từ suy để tính đại lượng theo u cầu tốn Vu Dinh Hoang - lophocthem.com - vuhoangbg@gmail.com 01689.996.187 Chủ đề 2: CÁC NGUYÊN LÝ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC II CÁC DẠNG BÀI TẬP VÍ DỤ MINH HOẠ VD1: bình kín chứa 2g khí lý tưởng 200C đun nóng đẳng tích để áp suất khí tăng lên lần a Tính nhiệt độ khí sau đun b Tính độ biến thiên nội khối khí, cho biết nhiệt dung riêng đẳng tích khí 12,3.10 J/kg.K p p HD a Trong q trình đẳng tích thì: T1 = T , áp suất tăng lần áp nhiệt độ tăng lần, vậy: T2 = 2T1 = 2.(20 + 273) = 586K, suy t2 = 3130C b Theo nguyên lý I thì: ∆U = A + Q q trình đẳng tích nên A = 0, Vậy ∆U = Q = mc (t2 – t1) = 7208J VD2: Một lượng khí áp suất 2.104 N/m2 tích lít Được đun nóng đẳng áp khí nở tích lít Tính: a.Cơng khí thực b.Độ biến thiên nội khí Biết đun nóng khí nhận hiệt lượng 100 J HD a Tính cơng khí thực được: A = p( V2 − V1 ) = p.∆V p = 2.104 N / m2 vµ ∆V = V2 − V1 = 2lÝt = 2.10−3 m3 Với Suy ra: A = 2.104.2.10−3 = 40 J Vì khí nhận nhiệt lượng (Q > 0) thực công nên: A = -40 J b Độ biến thiên nội năng: Áp dụng nguyên lý I NĐLH ∆U = Q + A Với Q = 100J A = −40 J suy ra: ∆U = 100 − 40 = 60 J Vu Dinh Hoang - lophocthem.com - vuhoangbg@gmail.com 01689.996.187 Chủ đề 2: CÁC NGUYÊN LÝ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC II CÁC DẠNG BÀI TẬP VÍ DỤ MINH HOẠ VD3: Một khối khí tích 10 lít áp suất 2.105N/m2 nung nóng đẳng áp từ 30oC đến 1500C Tính cơng khí thực q trình HD Trong q trình đẳng áp, ta có: V2 T2 T 423 = ⇒ V2 = V1 = 10 = 13, 96 l V1 T1 T1 303 Cơng khí thực là: A = p ∆ V = p ( V2 − V1 ) = 2.10 (13, 96 − 10 ) 10 − = 792 J VD4: khối khí có áp suất p = 100N/m2 thể tích V1 = 4m3, nhiệt độ t1 = 270C nung nóng đẳng áp đến nhiệt độ t2 = 870C Tính cơng khí thực HD Từ phương trình trạng thái khí lý tưởng: P (V − V ) pV p1V1 p2V2 p2V2 − p1V1 = = T1 T2 T2 − T1 (P = P1= P2) pV 1 1 Nên: T = T − T ⇒ p(V2 − V1 ) = T (T2 − T1 ) 1 pV Vậy: A = T (T2 − T1 ) , đó: T1 = 300K, T2 = 360K, p = 100N/m2, V1 = 4m3 Do đó: A = 100.4(360 − 300) = 80 J 300 Vu Dinh Hoang - lophocthem.com - vuhoangbg@gmail.com 01689.996.187 Chủ đề 2: CÁC NGUYÊN LÝ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC II CÁC DẠNG BÀI TẬP VÍ DỤ MINH HOẠ VD5: Một động nhiệt lý tưởng hoạt động hai nguồn nhiệt 100oC 25,4oC, thực cơng 2kJ a Tính hiệu suất động cơ, nhiệt lượng mà động nhận từ nguồn nóng nhiệt lượng mà truyền cho nguồn lạnh b Phải tăng nhiệt độ nguồn nóng lên để hiệu suất động đạt 25%? HD a Hiệu suất động cơ: H = T1 − T2 T1 = 373 − 298, = 0, = 2% 373 - Suy ra, nhiệt lượng mà động nhận từ nguồn nóng là: Q = A H = 10kJ - Nhiệt lượng mà động truyền cho nguồn lạnh: Q2 = Q1 – A = 8kJ b Nhiệt độ nguồn nóng để có hiệu suất 25% H / = 1− T2 T1 / ⇒ T1/ = T2 1− H / = 298, = 398K ⇒ t = T1/ − 273 = 125o C − 0,25 Vu Dinh Hoang - lophocthem.com - vuhoangbg@gmail.com 01689.996.187 Chủ đề 2: CÁC NGUYÊN LÝ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC II CÁC DẠNG BÀI TẬP VÍ DỤ MINH HOẠ VD6: Một máy nước có cơng suất 25KW, nhiệt độ nguồn nóng t1 = 2200C, nguồn lạnh t2 = 620C Biết hiệu suất động 2/3 lần hiệu suất lí tưởng ứng với nhiệt độ Tính lượng than tiêu thụ thời gian Biết suất tỏa nhiệt than q = 34.106J/kg HD T −T - Hiệu suất cực đại máy là: H Max = T = 0,32 - Hiệu suất thực máy là: H = 2/3HMax = 2/3.0,32 = 0,21 - Công máy thực 5h: A =P.t - Nhiệt lượng mà nguồn nóng máy nhận là: A A P.t H= ⇒ Q1 = = = 2,14.19 J Q1 H H - Khối lượng than cần sử dụng 5h là: Q m = = 62,9kg q Vu Dinh Hoang - lophocthem.com - vuhoangbg@gmail.com 01689.996.187 Chủ đề 2: CÁC NGUYÊN LÝ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC II CÁC DẠNG BÀI TẬP VÍ DỤ MINH HOẠ VD7 Một động nhiệt có hiệu suất 25%, cơng suất 30 kW Tính nhiệt lượng mà tỏa cho nguồn lạnh làm việc liên tục HD Hiệu suất động cơ: H = |Q2| = Q1(1 – H) = | A | Q1 − | Q2 | = Q1 Q1 P t (1 – H) = H Q1 = | A| = P t H H 162.10 J VD8 Tính cơng suất động ôtô thời gian chạy liên tục ôtô tiêu thụ hết 60 lít xăng Biết hiệu suất động 32%, suất tỏa nhiệt xăng 46.106 J/kg khối lượng riêng xăng 0,7 kg/dm3 HD Nhiệt lượng cung cấp xăng cháy hết: Q1 = V.D.q = 1932.106J Công động thực được: A = Q1H = 618,24.106 J Công suất động cơ: P = A = 42,9.103 W = 42,9 kW t Vu Dinh Hoang - lophocthem.com - vuhoangbg@gmail.com 01689.996.187 Chủ đề 2: CÁC NGUYÊN LÝ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC II CÁC DẠNG BÀI TẬP BÀI TẬP TỰ LUYỆN Câu Người ta thực công 200 J để nén khí xilanh Tính độ biến thiên nội khí, biết khí truyền mơi trường xung quanh nhiệt lượng 40 J Đs ∆U = 160 J Câu Khi truyền nhiệt lượng 6.10 J cho khí xilanh hình trụ khí nở đẩy pit-tơng làm thể tích khí tăng thêm 0,5 m3 Tính độ biến thiên nội khí Biết áp suất khí 8.106 N/m2 coi áp suất khơng đổi q trình khí thực công Đs ∆U = 2.106 J Câu Một lượng khí lí tưởng chứa xilanh có pit-tơng chuyển động Các thông số trạng thái ban đầu khí 10 dm3; 100 kPa; 300 K Khí làm lạnh theo trình đẵng áp tới thể tích cịn dm3 Xác định nhiệt độ cuối khí tính cơng mà chất khí thực Đs T2 = 180 K ; A = p∆V = 400 J Câu Người ta cung cấp nhiệt lượng 1,5 J cho chất khí đựng xilanh nằm ngang Chất khí nở đẩy pit-tơng đoạn cm Tính độ biến thiên nội chất khí Biết lực ma sát pit-tơng xilanh có độ lớn 20 N Đs ∆U = Q – Fs = 0,5 J Câu Một khối khí lí tưởng chứa xilanh có pit-tơng chuyển động Lúc đầu khối khí tích 20 dm3, áp suất 2.105 Pa Khối khí làm lạnh đẵng áp thể tích cịn 16 dm3 Tính cơng mà khối khí thực Vu Dinh Hoang - lophocthem.com -Đs vuhoangbg@gmail.com 800 J 01689.996.187 ... thực được: A = p( V2 − V1 ) = p.∆V p = 2 .104 N / m2 vµ ∆V = V2 − V1 = 2lÝt = 2 .10? ??3 m3 Với Suy ra: A = 2 .104 .2 .10? ??3 = 40 J Vì khí nhận nhiệt lượng (Q > 0) thực công nên: A = -4 0 J b Độ biến thiên... hiệu suất 25 % H / = 1− T2 T1 / ⇒ T1/ = T2 1− H / = 29 8, = 398K ⇒ t = T1/ − 27 3 = 125 o C − 0 ,25 Vu Dinh Hoang - lophocthem.com - vuhoangbg@gmail.com 01689.996.187 Chủ đề 2: CÁC NGUYÊN LÝ NHIỆT... 19 32 .106 J Công động thực được: A = Q1H = 618 ,24 .106 J Công suất động cơ: P = A = 42, 9 .103 W = 42, 9 kW t Vu Dinh Hoang - lophocthem.com - vuhoangbg@gmail.com 01689.996.187 Chủ đề 2: CÁC NGUYÊN LÝ