CHUONG & CO SO CUA NHIET DONG LUC HOC \ 2) | | tụ Trình bày khái niệm nội vật Trình bày hai cách làm thay đổi nội vật viết công thức # tính nhiệt lượng tỏa thu vào q trình truyền nhiệt Viết cơng thức ngun lí I nhiệt động lực học quy ước ô $ Đ â MUC TIEU Vit c cơng thức tính độ biến thiên nội vật q trình Ch ăng nhiệt, đẳng tích Trình bày định nghĩa trình thuận nghịch khơng thuận nghịch Phát biểu ngun lí II Clau-si-út Các-nơ viết cơng thức tính hiệu suât, hiệu máy lạnh iT Vận dụng cơng thức lí thuyết để tính nhiệt lượng, độ biến thiên nội cua mot vat » Phân biệt q trình thuận nghịch khơng thuận nghịch I LY THUYET TRONG TAM A NOI NANG Nội - Nội vật tổng động phân tử câu tạo nên vật - Nội dạng lượng bên hệ, phụ thuộc vào trạng thái hệ Chú ý: Tổng động nguyên tu, phan tu cdu tao nén vật nhiệt vật Độ biến thiên nội Trong nhiệt động lực học người ta không quan tâm đến nội vật mà quan tâm đến độ biến thiên nội AU vật, nghĩa phân nội tăng thêm hay giảm bớt trình: AU=U, -U, B CAC CACH LAM THAY DOI NOI NANG Thực công Khi thực công lên hệ cho hệ thực cơng làm thay đổi nội hệ Trong trình thực cơng có chuyển hóa từ dạng lượng khác sang nội Ví dụ: Khi cọ xát hai viên đá cuội với làm tăng nội hệ tạo lứa & Truyén nhiét a Qua trinh truyén nhiét - Qua trinh lam thay đổi nội khơng có thực cơng gọi trình truyện nhiệt - Khi cho hệ tiêp xúc với vật khác hệ khác mà nhiệt độ chúng khác nhiệt độ hệ thay đơi hệ thay đồi - Trong q trình truyền nhiệt khơng có chun từ dạng sang dạng khác mà có truyên nội sang vật khác b Nhiệt lượng - Nhiệt lượng số đo độ biến thiên nội nhiệt: Q= AU nội hoá lượng từ vật q trình truyền Ví dụ: Khi thủ cục đá vào cốc cà phê cục đá nhận nhiệt lượng từ coc ca phê nên tăng nội (đá tan dân) cốc cà phê tỏa nhiệt nên giảm nội (cốc cà phê nguội dán di) - Nhiệt lượng mà lượng chất rắn lỏng thu vào hay toả nhiệt độ thay đổi tính theo cơng thức: Q = mcAt Trong đó: m: khối lượng chất (kg) c: nhiệt dung riêng chất, lượng nhiệt cần cung cấp để Ikg chất tăng thêm 1°C Đơn vị J/kg.K At: Độ biến thiên nhiệt độ (°C K) C NGUYÊN LÍ INHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC Nội dung nguyên lí Độ biến thiên nội hệ băng tong công nhiệt lượng mà hệ nhận AU=A+Q Trong quy ước dâu: Q > 0: hệ nhận nhiệt lượng Q0: hệ nhận công A Phương pháp giải Ví dụ: Thả cầu băng săt khối lượng m có nhiệt độ 500°C vào bình cách nhiệt có chứa 300 ø nước nhiệt độ 20°C làm cho nhiệt độ nước tăng lên đến 80°C Biết nhiệt dung riêng sắt nước 460 J/kg.K 4200 J/kg.K Giá Bước ï: Tính nhiệt lượng tỏa thu vào trị m băng bao nhiêu? Hướng dẫn giải Bước 1: Khi tha miéng sắt vào nước nhiệt độ cao nhiệt độ nước nên sắt truyền nhiệt lượng cho nước Nhiệt lượng sắt tỏa ra: Q = McAt = m.460 (500 — 80) =193200.m (J ) Nước thu nhiệt tăng nhiệt độ lên đến 80°C Nhiệt lượng nước thu vào: Q,„ = m,.c, At = 0,3.4200 (80 — 20) = 75600 (J ) Bước 2: Việt phương trình cân băng nhiệt: Ọ „ — Qh Bước 3: Rút đại lượng cần tìm Bước 2: Khi hệ đạt trạng thái cân nhiệt thì: Qhoa — Qh Bước 3: Ta có: 193200m = 75600 => m = 0,39kg = 390g > Vidu mau Ví dụ 1: Tính nhiệt lượng cần để đun sơi I kg nước nhiệt độ 20°C, biết nhiệt dung riêng nước băng 4200 J/kg.K A 224000 J C 442000 J Hướng dẫn giải B 336000 J D 448000 J Nếu dé nói đun sơi nước ta Nước sôi nhiệt độ 100°C Nhiệt lượng cần thiết: ngâm hiểu nhiệt độ nước sôi 100C Q= mcAt = 1.4200.(100—20) =336000(1) Chọn B Ví dụ 2: Thả câu nhôm khối lượng 100 g có nhiệt độ 100°C vào cơc đựng 500 g nước nhiệt độ 20°C Tính nhiệt độ hệ cần băng Bỏ qua nhiệt lượng truyện cho côc Nhiệt dung riêng nhôm nước lân lượt 880 J/kg.K 4200 J/kg.K A 23,29 B 30,5°C C 42,5°C D 60,8°C Hướng dẫn giải Gọi nhiệt độ cân hệ t Vì cầu có nhiệt độ lớn nên tỏa nhiệt truyền nhiệt cho nước Nhiệt lượng tỏa ra: Nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ tháp Q.„ = mcAt = 0,1.880.(100— t) = 88(100— t) Nước có nhiệt độ thấp nên thu nhiệt lượng: Q,„ = mcAt = 0,5.4200.(t — 20) = 2100(t — 20) Theo phương trình cân băng nhiệt: Q_ =Q,.„ => 88 (100- t) = 2100(t —20) >t =23,2°C Chon A Vi du 3: Đề xác định nhiệt độ lò nung, người ta đưa vào lò miếng sắt có khối lượng 50 g Khi miêng sắt có nhiệt độ băng nhiệt độ lị, người ta lây Ta thả vào nhiệt lượng kê chứa 900 g nước nhiệt độ 17°C Khi nhiệt độ nước tăng lên dén 23°C, biét nhiệt dung riêng sắt 478 J/(kg.K), nước 4180 J/(kg.K) Nhiệt độ lò xâp xỉ băng A 796°C Hướng dẫn giải B 990°C Nhiệt lượng sắt tỏa ra: Q, = mịc, (t, — t) C 96°C D 813°C Nhiét luong nude thu vao: Q, = m,c, (t— t;) Vì Q,=Q; >me, (t¡—t)= m,c; (t—t;) ©0,05.478(t,—23) =0,9.4180(23—17) St, ~ 967°C Chon C > Bài tập tự luyện dạng Câu 1: Một bình nhơm khối lượng 0,5 kg nhiệt độ 20°C Tính nhiệt lượng cần cung cấp để tăng lên 50°C Biết nhiệt dung nhôm 0,92.108J/kg.K A 13,8.10°J B 9,2.10° J C 32,2.10° J D 23,0.10° J Câu 2: Một bình nhơm có khối lượng 0,5 kg chứa 0,118 kg nước nhiệt độ 20°C Người ta thả vào bình miếng sắt có khối lượng 0.2 kg đun nóng tới nhiệt độ 75°C Xác định nhiệt độ nước bắt đầu có cân băng nhiệt Cho biết nhiệt dung riêng nhôm 920 J/kgK; nhiệt dung riêng nước 4180 J/kgK; nhiệt dung riêng sắt 460 J/kgK Bỏ qua truyên nhiệt môi trường xung quanh Câu 3: Một nhiệt lượng kế băng đồng thau có khối lượng 128 g chứa 210 gø nước nhiệt độ 8.,4°C Người ta thả miếng kim loại có khối lượng 192 ø đun nóng tới nhiệt độ 100°C vào nhiệt lượng kế Xác định nhiệt dung riêng miếng kim loại, biết nhiệt độ có cân băng nhiệt 21,5°C Bỏ qua truyền nhiệt môi trường xung quanh biết nhiệt dung riêng đồng thau 128 J/kgK nước 4180 J/kgK Câu 4: Thả cầu băng nhôm khối lượng 0,105 kg đưn nóng tới 142°C vào cốc đựng nước 20°C, biết nhiệt độ có cân nhiệt 42°C Tính khối lượng nước cốc, biết nhiệt dung riêng nhôm S880 J/kg.K nước 4200 J/kg.K Câu 5: Một cốc nhơm có khối lượng 120 g chứa 400 ø nước nhiệt độ 24°C Người ta thả vào cốc nước thìa đồng khối lượng 80 g nhiệt độ 100°C Xác định nhiệt độ nước cốc có cân nhiệt Biết nhiệt dung riêng nhôm 880 J/Kg.K, đồng 380 J/Kg.K nước 4,19.108 J/Kg.K Câu 6: Một nhiệt lượng kế băng đồng khối lượng m, = 100 g có chứa m, = 375 ø nước nhiệt độ 25°C Cho vào nhiệt lượng kế vật bang kim loại khối lượng m, = 400 g 90°C Biết nhiệt độ có cân băng nhiệt 30°C Tìm nhiệt dung riêng miếng kim loại Cho biết nhiệt dung riêng đồng 380 J/Kg.K, nước la 4200 J/Kg.K Dạng 2: Bài tập nguyên lí I nhiệt động lực học > Phương pháp giải Ví dụ: Người ta thực cơng 100 J để nén khí xilanh Tính độ biến thiên nội Bước l: Xác định công A nhiệt lượng Q hệ VỚI qUY ƯỚC: khí biết truyền mơi trường xung quanh nhiệt lượng 30 J A 30 B 70] C 100 J D 130 J Hướng dẫn giải Bước ï: Thực cơng từ bên ngồi để nén vào khí, hệ nhận cơng Suy A > Vậy A = 1001 Q > 0: hệ nhận nhiệt lượng Q < 0: truyén nhiệt lượng Khí truyền ngồi 30 J nên Q < Vậy: Q = -30 J A >0: hệ nhận công A Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Khi truyền nhiệt lượng 5.105 J cho khí xilanh khí nở pit-tơng lên làm thể tích tăng thêm 0,5 mỉ Tính độ biên thiên nội khí biêt áp suât khí 6.105 Pa coi áp st khơng đơi suốt q trình A 8.10° J B 6.10° J C 2.10 J D 4.10° J Hướng dẫn giải Céng ma thuc hién qua Theo nguyên lí Ita có: AU= A+Q Trun nhiệt lượng cho khí xilanh nên hệ nhận nhiệt lượng trình đăng áp: |A|=p|AV|=p|V, - Vị Do Q> Vậy Q= 5.10 J Trong suốt q trình áp suất khơng đồi nên q trình đăng áp Cơng mà khí thực có độ lớn |A| = p|Av| = p]V, — V,| = 6.10°.0,5 = 3.10° (J) Vì chất khí thực công nên A < suy A =-3.10/1 Độ biến thiên nội khí: AU= A+Q =5.10?—3.10° = 2.10” (J) Chọn C Ví dụ 2: Một khối khí có áp suất p = 100 N/m”, thể tích V, = 4m”, nhiệt độ t,= 27°C nung nóng đăng áp đến nhiệt độ t, = 87°C Tính cơng khí thực Hướng dẫn giải Phương trình trạng thái khí lí tưởng: pV, — p;V;, T1 T1, — PiVi —P2V> T—T, = p(V, —V,) T-T, (do nung nong dang 4p nén p, =p, =p) = p(V,- V2) Do cơng đo khí thực là: A = p(V, — V,)= po (T, —T,) =80J Ví dụ 3: Một bình kín chứa 2ø khí lí tng 20°C đun nóng đắng tích dé 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 đắng tích khí 12,3.103 J/kg.K Hướng dẫn giải a Trong trình đẳng tích thi 2+ = + Cơng mà thực q trình đăng tích: A =0 Vi p, = 2p, nén T, =2T, =586K =313°C b Theo ngun lí I ta có: AU=A+Q Vì q trình đăng tích nên A=0>AU=Q= mcAt = 2.10.12,3.10.(313— 20) = 7207,81 > Bài tập tự luyện dạng Câu 1: Câu sau nói truyền nhiệt không đúng? A Nhiệt tự truyền từ vật lạnh sang vật nóng B Nhiệt có thê 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 đăng tích? A AU=A voi A > B AU=Q védiQ> C AU=A voi A 0 C AU=Q,Q0 Phương pháp giải Để tính hiệu suất động nhiệt ta sử dụng công thức: H= Q, —Q, 100% - Ví dụ 1: Một động nhiệt làm việc sau thời gian tác nhân nhận từ nguồn nóng nhiệt lượng 2,5.10 J, truyền cho nguôn lạnh nhiệt lượng 1,8.10% 100% J Hãy tính hiệu suất thực động nhiệt so sánh với hiệu suất cực đại nhiệt độ Néu động nhiệt lí tưởng (hiệu suất đạt cực đại) nguồn nóng ngn lạnh 287°C 47°C Hướng dẫn giải hoạt động với nguồn nóng T, va ngn lạnh T, thi , ^ CL LGA ‘ T -T ta sử dụng công thức tính hiệu suât: H= TT Hiéu suat thuc: H = Để tính hiệu máy lạnh ta xét tỉ số Q, Q, ~ Q, 100% = 28% Hiệu suất cực đại: H'= va A: €= 9; —L 100% = 43% = VớiiO Q.=Q,+A an: e=c—_— nên: ta Hiệu cực đại: £, = Q; Q, T, H_4_ So sánh: H < H' — L5 lân H T > Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Để giữ nhiệt độ phòng nhiệt độ ồn định, người ta dùng máy lạnh (trong trường hợp người ta gọi máy điều hịa khơng khí) tiêu thụ cơng băng 4,8.10° J Tính nhiệt lượng lấy từ khơng khí phịng giờ, biết hiệu máy lạnh g = 3,2 A 154.101 B 1,54.10°J C 1,54.10’J D 1,54.10!1 Hướng dẫn giải Q, Hiệu máy lạnh la ¢ = Nhiệt lượng lấy từ khơng khí phịng giờ: Q, =£A =3,2.4,8.10 =1,54.1071 Chon C Ví dụ 2: Một máy nước có cơng suất 2§ kW, nhiệt độ nguồn néng 1A t, = 227°C, nguén lạnh t, = 57°C A oA A A ` > Biệt hiệu suât động băng A oA A z re oA A A thời gian giờ, biết suất tỏa nhiệt than q = 34.10J/ kg A 64,7 kg B 37 kg C 6,47 kg Hướng dẫn giải , Hiệu suat li tuong: H,,, = ¡=2 = T oA lân hiệu suât lí tưởng ứng với nhiệt độ Tính lượng than tiêu thụ _ 273+57 ) — 0,34 3: (273+227) ¬ 2 Hiệu suât động cơ: H= Họ, = 34 = 0,23 12 D 0,37 kg 4 Mặt khác: H= A_ “+ >Q,= Pat _ 2,8.10°5.3600 _ 2,2.10°J QZ Qa H 0,23 Luong than can ding: m= Q _2% sa q = 64, 7kg 34.10 Chon A Ví dụ 3: Một máy lạnh có hiệu cực đại hoạt động nguồn lạnh nhiệt độ -3°C nguồn nóng nhiệt độ 47°C Nêu máy cung câp cơng từ động điện có cơng st 80 W mơi máy lạnh có Ä TẢ "OX A A oA ` oA oA > , > _A ` oA x ` ` thê lây từ nguôn lạnh nhiệt lượng bao nhiêu? Biệt máy cân làm việc thời gian nhờ chê điều nhiệt máy lạnh A 518400 J Hướng dẫn giải B 5184 J Hiệu cực đại: £, = 1; SUY TA 8, T,-T, Ta có hiệu máy lạnh C 5184000 J = ni = —5—_ A D 51840J =9, 320-270 suy Q, =E.A Do động điện cân làm việc thời gian nên môi động điện cung câp công là: A [A À ` cA ] ed ^ x RX A [A A A ^ ` A = 7.t =80.1200 = 960001 Từ ta tính được: Q,= 5,4.96000 = 518400 J Chọn A Ví dụ 4: Một động nhiệt lí tưởng hoạt động với nhiệt độ nguồn nóng 227°C nguồn lạnh 27°C a) Tính hiệu suất động b) Biết động có cơng suất 30kW Hỏi gid liên tỏa cho nguồn lạnh nhiệt lượng băng VỚI nhiệt lượng kg xăng cháy hoàn toàn, biệt suât tỏa nhiệt xăng q = 4,4.107 J/kg Hướng dẫn giải a) Hiệu suất động nhiệt lí tưởng: H =I 2=1T500 =04=—H, =40% b) Cong thyc hién 6h: A = P.t = 30.10°.6.3600 = 64, 8.10’ (J) Từ H, -A Q, - A Fax _ 4810" 16 91085, * Nhiệt lượng tỏa cho nguồn 0,4 lạnh: Q, =Q, —A=16,2.10° —6,48.10° =9,72.10°J * Khối lượng xăng cần dùng: m= Q 2/216 q_ 4.4107 _ 22,lkg > Bài tập tự luyện dạng Câu 1: Một máy lạnh có hiệu Cực đại hoạt động nguồn lạnh nhiệt độ -5°C nguồn nóng nhiệt độ 45“C Nêu máy lạnh cung câp công từ động điện có cơng st 85 W mơi máy lạnh có 13 Ä TẢ "OX A A oA ` oA oA > , > _A ` oA ] x ` ` thê lây từ nguôn lạnh nhiệt lượng bao nhiêu? Biệt máy cân làm việc thời gian nhờ chê điều nhiệt máy lạnh A 546720 J B 1640160 J C 19029,9 J D 57089,6 J B 40% Œ, 88,1% D 60% A Câu 2: Một động nhiệt lí tưởng hoạt động với nhiệt độ nguồn nóng 227°C nguồn lạnh 27°C Tinh hiệu suât động cơ? A 50% Câu 3: Một động nhiệt lí tưởng hoạt động với nhiệt độ ngn nóng 227°C ngn lạnh 27°C Biết động có cơng suât 30 kW Hỏi liên toa cho nguôn lạnh nhiệt lượng băng với nhiệt lượng kilogam xăng cháy hoàn toàn, biệt suât tỏa nhiệt xăng 1a q = 4,4.107 J/kg A 36,8 kg B 14,7 kg Œ 22,1 kg D 51,5 kg Câu 4: Hiệu suất thực máy nước băng : hiệu suât cực đại Nhiệt độ nước khỏi lò (nguồn nóng) 217°C nhiệt độ buồng ngưng (nguồn lạnh) 67°C Tính cơng suất máy nước nêu tiêu thụ 720 kg than có suât tỏa nhiệt 31.10 J/ kg A 1153 kW B 1000 kW C 6200 kW D 1922 kW Câu 5: Dùng máy lạnh, sau thời gian ta có 300 g nudc da 3°C làm từ nước 10°C Nếu hiệu thực máy lạnh máy lạnh tiêu thụ công bao nhiêu? Lây nhiệt dung riêng nước đá 4,2 J/kg.K 2,I kJ/kg.K Nhiệt nóng chảy nước đá 330 kJ/kg A 28,37.10°J B 1,89.10°J C 99.10°J Cau 6: Mot động nhiệt lí tưởng hoạt động hai nguồn nhiệt D 12,6.10°I 100°C 25,4°C, thực cơng 2k Tính hiệu suât động cơ, nhiệt lượng mà động nhận từ ngn nóng nhiệt lượng mà truyện cho ngn lạnh Cau 7: Một động nhiệt lí tưởng hoạt động hai nguồn nhiét 100°C va 25,4°C, thực công K Phải tăng nhiệt độ ngn nóng lên đê hiệu st động đạt 25%? Câu 8: Một máy nước có cơng suất 25 kW, nhiệt độ nguồn nóng t, = 220°C, nguồn lạnh t, = 62°C A oA A A ` > Biệt hiệu suât động băng A oA A z re oA A A oA lân hiệu suât lí tưởng ứng với nhiệt độ Tính lượng than tiêu thụ thời gian Biết suất tỏa nhiệt than q = 34.105 J Câu 9: Ở động nhiệt, nhiệt độ nguồn nong 1a 540°C, cua nguồn lạnh 24°C Hỏi công cực đại mà động thực nhận từ nguồn nóng nhiệt lượng 107 J? Cơng cực đại công mà động nhiệt sinh nêu hiệu suất cực đại Câu 10: Một máy nước có cơng st P = 20 kW, nhiệt độ nguồn nóng t, = 200°C, ngn lạnh t, = cA aN A A ` * A aN A z nt + tA A re A 58°C Biệt hiệu suât động băng lân hiệu suất lí tưởng ứng với hai nhiệt độ nói Tính lượng than tiêu thụ thời gian giờ, biết suất tỏa nhiệt than 34.105 J/kg 14 ... = 4,4 .107 J/kg Hướng dẫn giải a) Hiệu suất động nhiệt lí tưởng: H =I 2=1T500 =04=—H, =40% b) Cong thyc hién 6h: A = P.t = 30 .10? ? .6. 360 0 = 64 , 8 .10? ?? (J) Từ H, -A Q, - A Fax _ 4 810" 16 9108 5, *... 9108 5, * Nhiệt lượng tỏa cho nguồn 0,4 lạnh: Q, =Q, —A= 16, 2 .10? ? ? ?6, 48 .10? ? =9,72 .10? ?J * Khối lượng xăng cần dùng: m= Q 2/2 16 q_ 4. 4107 _ 22,lkg > Bài tập tự luyện dạng Câu 1: Một máy lạnh có hiệu Cực... = 2 .10. 12,3 .10. (313— 20) = 7207,81 > Bài tập tự luyện dạng Câu 1: Câu sau nói truyền nhiệt không đúng? A Nhiệt tự truyền từ vật lạnh sang vật nóng B Nhiệt có thê tự truyền từ vật nóng sang vật