Nội dung và Phương pháp Giảng dạy Nhiệt học: Từ Cơ bản đến Nâng cao

MỤC LỤC

Các kỹ năng cơ bản

Sử dụng các định luật chất khí và phửụng trỡnh trạng thái cuûa chaát khí lý tưởng, Phửụng trỡnh menủeõleõep – Clapêron để giải bài tập. + Bieồu dieón bằêng đồ thị + Bieỏt duứng đồ thị để giải các bài toán về nguyeân lyù I Nhiệt động lực học.

Các điểm cần lưu ý

Với những khí thực rất loãng, tương tác giữa các phân tử khớ khụng biểu lộ rừ, và tổng thể tớch của cỏc phõn tử nhỏ hơn rất nhiều so với thể tích mà khí chiếm chỗ thì có thể coi nó như khí lý tưởng và áp dụng được phương trình Menđelev – Clapeyron. + Các hiện tưượng nhiệt được nghiên cứu ở các giáo trình phân tử chỉ xảy ra ở những nhiệt độ không vượt quá vài nghìn độ, và tương ứng với nhiệt độ này chỉ có động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật là biến thiên những thành phần còn lại của nội năng là không đổi. Khi chuyển sang nghiên cứu Nguyên lý I Nhiệt động lực học, trước hết cần giải thích cho học sinh 2 cách làm biến đổi nội năng mà học sinh đã biết đó là thực hiệân công và truyền nhiệt là tương đương nhau, nghĩa là nếu tốn 1 công nào đó lên vật là 1J, thì nội năng của vật cũng biến đổi giống như khi truyền cho nó 1 nhiệt lượng bằêng 1J và ngược lại.

Vì Nguyên lý II là sự khái quát các kết quả thực nghiệm và có thể coi như một tiên đề, để học sinh dễ tiếp thu cần thông qua một ví dụ đơn giản về mô hình một động cơ nhiệt để học sinh thấy được một động cơ nhiệt muốn sinh công thì cần phải có 2 nguồn nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau. -Từ cách phát biểu của Tômxơn “Không thể chế tạo được một máy hoạt động tuần hoàn biến đổi liên tục nhiệt thành công nhờ làm lạnh một vật mà xung quanh khôngchịu một sự thay đổi đồng thời nào” thông báo cho học sinh những máy này gọi là động cơ vĩnh cửu loại II, nghĩa là “khụng thể cú động cơ vĩnh cửu loại II”ứ. * Khi vượt quá giới hạn đàn hồi, Fkéo >Fdh → sự biến dạng không còn tính chất đàn hồi nữa, nghĩa là biến dạng không hoàn toàn mất đi khi lực ngừng tác dụng thì bắt đầu xảy ra biến dạng dẻo (đoạn bcd),.

* Sau khi đạt đến điểm C nào đó trong miền biến dạng dẻo, bắt đầu giảm lực kéo đến giá trị bằng 0, vật không trở lại kích thước ban đầu theo đường cbao mà theo đường CG ta có biến dạng còn dư.

Giảng dạy một số nội dung

Giảng dạy định luật Bôilơ – Mariôt Nội dung

Định luật Bôilơ – Mariôt chỉ đúng ở nhiệt độ không qua thấp và áp suất không quá cao. Nguyờn nhõn của sự sai lệùch này là do Định luật Bụilơ – Mariôt được thành lập trên cơ sở tính toán định lượng theo thuyết động học phân tử của khí lý tưởng, nghĩa là không xét đến sự tương tác của các phân tử, nhưng ở các áp suất cao thì không thể không chú ý đến các ảnh hưởng của sự tương tác này. Còn ở nhiệt độ quá thấp (gần 00 K), các phân tử khí hoàn toàn ngừng chuyển động nhiệt, áp suất chất khí bằng O.

Với nhiệt độ thấp và áp suất thường hầu hết các chất khí đều hoá lỏng  không áp dụng được định luật Bôilơ – Mariôt. + Cần quan niệm rằng áp suất chất khí phải do nhiều va đập của các phân tử khí lên thành bình tạo ra. Cơ chế này được coi là nguồn gốc (duy nhất) để tạo thành áp suất chất khí.

+ Để đi đến định luật Bôilơ – Mariôt, có thể tính áp suất trung bình của 1 phân tử khí có khối lượng m khi nó va chạm vào thành bình. Để đơn giản ta chọn bình chứa là hình lập phương có kích thước là l, diện tích của các mặt là A = l2. * Giả sử thành phần vận tốc theo phương OX là Vx , va chạm của phân tử khí với thành bình là tuyệt đối đàn hồi, 2 mặt A1 và A2 của bình lập phương ⊥ với trục OX.

Trong đó là giá trị trung bình của V2X đối với N phân tử theo phửụng OX. Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất tỷ lệ nghịch với thể tích. Ơû nhiệt độ không đổi tích của áp suất P và thể tích V của 1 lượng khí xác định là một hằng số.

* Nội dung định luật Bôilơ – Mariôt vận dụng định luật để giải thích một số hiện tượng thực tế. * Biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất và thể tích khi nhiệt độ không đổi bằng đồ thị.

Trạng thái và quá trình biến đổi trạng thái 1. Trạng thái và thông số trạng thái

Các đẳng quá trình

+ Trong những điều kiện nhất định các thông số trạng thái sẽ thay đổi, hay nói cách khác một lượng khí xác định có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác. + Thực nghiệm đã chứng tỏ có những quá trình biến đổi làm cho cả 3 thông số trạng thái cùng thay đổi, tuy nhiên cũùng có những quá trình chỉ có sự thay đổi của 2 trong 3 thông số , thông số thứ 3 sẽ là một đại lượng không đổi.

Đường đẳng nhiệt 1. Nhận xét

Giảng dạy phương trình trạng thái của khí lý tưởng 1. Muùc tieõu

Khí thực chỉ tuân theo gần đúng các định luật Bôi lơ - Mariốt và Sáclơ. Quá trình đẳng áp: Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí xác định, thể tích tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối. Các thí nghiệm xây dựng các định luật Bôilơ-Mariôt và Saclơ đều được tiến hành trên khí thực ở điều kiện thường.

Vậy ở những điều kiện khác về áp suất và nhiệt độ 2 định luật trên còn đúng nữa khoâng?. Chỉ có khí lý tưởng tuân theo đúng các định luật Bôilơ-Mariôt và Saclơ. Khi cả 3 thông số của một trạng thái khí bị thay đổi thì các thông số này quan hệ với nhau theo qui luật nào ?.

Khi áp suất của một khối lượng khí xác định không đổi, thì quan hệ giữa 2 đại lượng còn lại tuân. * Cả áp suất, thể tích, và nhiệt độ của lượng khí nhốt trong bóng đều bị thay đổi. * Ở nhiệt độ phòng thí nghiệm các định luật Bôi- Mariot và Sac lơ áp dụng cho khí thực cũngcho kết quả giống như đối với khí lý tưởng.

+ Chỉ có khí lý tưởng là tuân theo đúng các định luật Bôilơ- Mariôt và Saclơ. Thí nghiệm đã cho thấy cả áp suất, thể tích và nhiệt độ Của lượng khí xác định đều thay đổi. Các định luật Bôi-Mariot và Sáclơ cho biết mối quan hệ giữa các thông số trạng thái nào và.

Trên hệ trục toạ độ POV hãy vẽ đồ thị của các đường đẳng nhiệt ứng với các nhiệt độ. (4) Được gọi là phương trình trạng thái của khí lý tưởng, hay còn gọi là phương trình Cla-pê-rôn.

Quá trình đẳng áp

Từ phương trình trạng thái của khí lý tưởng, hãy xác lập quan hệ giữa thể tích và nhiệt độ của một khối lượng khí xác định khi P = hằng số. Biểu thức thiết lập được diễn tả mối quan hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp.

Đường đẳng áp

+ Ưùng với các áp suất khác nhau của cùng một lượng khí, sẽ thu được các đường đẳng áp khác nhau. Hãy cho nhận xét vì sao trên đồ thị đường đẳng tích, phần gần gốc toạ độ 0 lại.

Giảng dạy bài: "Nội năng và sự biến đổi nội năng“

Độ biến thiên nội năng

+ Độ biến thiên nội năng của vật là phần nội năng tăng thêm hay giảm đi trong một quá trình.

Các cách biến đổi nội năng

Thực hiện công a. Thí nghiệm 1

 Miếng kim loại nóng lên → động năng trung bình của chuyển động hỗn loạn của các phần tử ↑ nội năng của miếng kim loại tăng.  Bằng cách thực hiện công → Tốn công chà miếng kim loại → làm xuất hiện những biến đổi liên quan đến sự chuyển dời của vật dưới tác dụng của lực. Tác dụng 1 lực ấn pít tông đi xuống  V khí giảm đi  khí trong xi lanh nóng lên.

Nội năng trong các thí nghiệm trên được biến đổi thông qua việc thực hiện công. Công là phần năng lượng được chuyển hoá từ dạng này (cơ năng) sang dạng khác (nội năng), hoặc truyền từ vật này sang vật khác.

Truyền nhiệt

Vận tốc của các phân tử kim loại tăng → các phân tử nước chuyển động nhiệt nhanh hơn va chạm vào các phân tử kim loại và truyền một phần động năng của nó cho các phân tử kim loại → làm cho động năng của các phân tử kim loại tăng → nội năng của miếng kim loại tăng. * Cách làm tăng nội năng của vật mà không thực hiện công gọi là sự truyền nhiệt. * Sự truyền nhiệt: là sự truyền nội năng từ vật này sang vật khác, không bằng cách thực hiện công.

Trong quá trình truyền nhiệt không có sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác, chỉ có sự truyền nội năng từ vật này sang vật khác. • *Bóp một quả bóng cau su phải dùng sức của bàn tay → có mối liên hệ giữa thể tích V và áp suất P.