Ví dụ 1. Nhiệt độ của 1 kg nước biến đổi theo thời gian được mô tả theo đồ thị trên hình vẽ. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4180 J/kg.K.
a) Hỏi trong cả quá trình, lượng nước trên thu hay tỏa một nhiệt lượng bằng bao nhiêu? (ĐS: 41800 J)
b) Tính nhiệt lượng mà lượng nước trên thu hay tỏa trong mỗi phút.
(ĐS: 16720 J/phút, 0 J/phút, 8360 J/phút)
Ví dụ 2. Để xác định nhiệt độ lò, người ta đưa vào lò một miếng sắt khối lượng 22,3 g. Khi miếng sắt có nhiệt độ bằng nhiệt độ của lò, người ta lấy ra và thả ngay vào một nhiệt lượng kế chứa 450 g nước ở nhiệt độ 150C.
Nhiệt độ của nước tăng lên tới 22,50C. Xác định nhiệt độ của lò. Biết nhiệt dung riêng của sắt là 478 J/kgK và của nước là 4180 J/kgK. Coi sự hấp thụ nhiệt của nhiệt lượng kế là không đáng kể. (ĐS: 13500C)
B. BÀI TẬP THEO CHUẨN KIẾN THỨC KỸ NĂNG
32.1. Hãy ghép nội dung ở cột bên trái với một nội dung phù hợp ở cột bên phải.
1. Nhiệt độ của vật a) số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt.
2. Truyền nhiệt là b) quá trình nội năng được chuyển hóa thành cơ năng và ngược lại.
3. Đơn vị của nhiệt dung riêng là c) càng cao khi động năng trung bình của các phân tử cấu tạo nên vật càng lớn.
4. Nhiệt lượng là d) J/kgK
5. Thực hiện công e) chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.
6. Công thức tính nhiệt lượng là f) Q = mc∆t.
7. Nội năng là g) quá trình trong đó chỉ có sự
truyền nội năng từ vật này sang vật khác.
8. Nội năng của một lượng khí lí
tưởng h) tổng động năng và thế năng của
các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật.
9. Công là i) số đo sự biến thiên nội năng trong quá trình thực hiện công.
1 – c 2 – g 3 – d 4 – a 5 – b 6 – f 7 – h 8 – e 9 - i 32.2. Người ta thả một hòn bi bằng đồng khối lượng 50 g được nung nóng vào một bình đựng 500 g nước ở nhiệt độ 200C. Khi có sự cân bằng nhiệt thì nhiệt độ của nước là 220C.
a) Tính độ biến thiên nội năng của nước. (ĐS: 4180 J) b) Nội năng của nước biến đổi bằng những cách nào?
(ĐA: Nội năng của nước tăng lên bằng hai cách:
- Hòn bi rơi vào nước, bị nước cản lại nên phải thực hiện công để chống lại sức cản của nước. Do đó nước nhận được công từ hòn bi. Công này có độ lớn bằng độ biến thiên động năng của hòn bi khi bắt đầu chạm mặt nước và khi đã nằm yên ở đáy nước.
- Vì hòn bi được nung nóng nên khi rơi vào nước nó truyền nhiệt lượng Q cho nước.
c) Hòn bi đã được nung nóng tới bao nhiêu độ? (ĐS: 2420C)
Cho biết nhiệt dung riêng của nước là 4180 J/kgK, của đồng là 380 J/kgK.
Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh.
32.3. Tìm phát biểu sai khi nói về nội năng của vật.
A. Nội năng là tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật.
B. Nội năng của khí lí tưởng phụ thuộc vào thể tích và nhiệt độ.
C. Nội năng có đơn vị là J.
D. Số đo biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng.
32.4. Chọn đáp án đúng.
A. Nội năng của khí lí tưởng có đơn vị W.
B. Nội năng là nhiệt lượng.
C. Số đo độ biến thiên nội năng là độ tăng nhiệt độ.
D. Nội năng có thể chuyển từ vật này sang vật khác hoặc từ dạng này sang dạng khác.
32.5. Nếu người ta lắc mạnh một bình kín đựng nước, thì hiện tượng nào sau đây sẽ không xảy ra?
A. Nước trong bình nhận được nhiệt lượng.
B. Nhiệt độ của nước trong bình tăng.
C. Có công thực hiện lên nước trong bình.
D. Nội năng của nước trong bình tăng.
32.6. Người ta cho hai vật dẫn nhiệt tiếp xúc với nhau, sau một thời gian, khi có trạng thái cân bằng nhiệt thì hai vật này có
A. cùng nội năng. B. cùng nhiệt độ.
C. cùng năng lượng. D. cùng nhiệt lượng.
C. BÀI TẬP PHÁT TRIỂN
32.7. Vật A có nhiệt dung riêng c1 = 460 J/kgK, khối lượng 0,1 kg ở nhiệt độ 1000C được thả vào nhiệt lượng kế B. Nhiệt lượng kế bằng đồng thau, có khối lượng 0,1 kg, chứa 0,2 kg nước C, ban đầu 200C.
Tính nhiệt độ của hệ khi có cân bằng nhiệt. Biết rằng nhiệt dung riêng của nước và của đồng thau lần lượt là 4180 J/kgK và 380 J/kgK. Bỏ qua sự tỏa nhiệt ra môi trường. (ĐS: 240C)
Bài 33. CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC A. VÍ DỤ
Ví dụ 1. Người ta cung cấp nhiệt lượng 2,5 J cho khí trong một xilanh đặt nằm ngang. Khí nở ra và đẩy pittong đi một đoạn 6 cm. Tính độ biến thiên nội năng của khí biết lực ma sát giữa pittong và xilanh có độ lớn là 20 N.
(ĐS: 1,3 J)
Ví dụ 2. Công suất của một động cơ ô tô là 20 kW, hiệu suất là 20%.
a) Tính công của động cơ sinh ra khi hoạt động 1 giờ. (ĐS: 72.106 J)
b) Tính lượng xăng cần thiết để sinh công đó, biết rằng năng suất tỏa nhiệt của xăng là 4,5.107 J/kg. (ĐS: 8 kg)
B. BÀI TẬP THEO CHUẨN KIẾN THỨC KỸ NĂNG
33.1. Người ta thực hiện công 80 J lên một khối khí và truyền cho khối khí một nhiệt lượng 40 J. Tính độ biến thiên nội năng của khí. (ĐS: 120 J) 33.2. Một khối khí trong xilanh nhận một công là 50 J thì nội năng của khối khí tăng thêm 20 J. Hỏi khối khí nhận hay tỏa một nhiệt lượng là bao nhiêu? (ĐS: 30 J)
33.3. Đồ thị trên hình biểu diễn quá trình biển của 5 g khí H2. Biết ở trạng thái dầu khí có nhiệt độ là 270 C.
a) Tính nhiệt độ của khí ở trạng thái cuối. (ĐS: 3270C)
b) Tính độ tăng nội năng của khí.
Biết nhiệt dung riêng của khí H2 là 14300 J/kgK. (ĐS: 21450 J)
33.4. Một động cơ nhiệt có công suất 1,5 kW. Biết rằng mỗi giây bộ phận phát động nhận năng lượng từ nguồn nóng là 6000 J. Hãy tính:
a) Nhiệt lượng tỏa ra cho nguồn lạnh. (ĐS: 4500 J) b) Hiệu suất của động cơ. (ĐS: 25%)
33.5. Nhận xét nào sau đây phù hợp với quá trình làm lạnh khí đẳng tích?
A. ∆U = Q với Q < 0. B. ∆U = A với A > 0.
C. ∆U = Q với Q > 0. D. ∆U = A với A < 0.
33.6. Trong hệ thức của nguyên lí I Nhiệt động lực học ∆U = A + Q, nếu hệ thực hiện công và nhận nhiệt thì
A. A > 0; Q > 0. B. A < 0; Q < 0.
C. A < 0; Q > 0. D. A > 0; Q < 0.
33.7. Người ta thực hiện một công 100 J để nén khí trong xilanh. Biết rằng nội năng của khí tăng thêm 20 J. Chọn kết luận đúng.
A. Khí truyền nhiệt là 80 J. B. Khí nhận nhiệt 80 J.
C. Khí truyền nhiệt là 120 J. D. Khí nhận nhiệt 120 J.
33.8. Hiệu suất của một động cơ nhiệt là 20%. Nhiệt lượng nguồn nóng cung cấp là 400 J, nhiệt lượng động cơ truyền cho nguồn lạnh là
A. 80 J. B. 160 J. C. 400 J. D. 320 J.
33.9. Hệ thức ∆U = Q là hệ thức của nguyên lí I Nhiệt động lực học áp dụng được cho quá trình nào sau đây?
A. Quá trình đẳng nhiệt. B. Quá trình đẳng áp.
C. Quá trình đẳng tích. D. Cả 3 quá trình trên.
33.10. Chọn hệ thức của nguyên lí I Nhiệt động lực học phù hợp với quá trình dãn đẳng nhiệt.
A. ∆U = A + Q với ∆U = 0; Q < 0; A > 0.
B. ∆U = A + Q với ∆U > 0; Q < 0; A > 0.
C. ∆U = A + Q với ∆U > 0; Q > 0; A > 0.
D. ∆U = A + Q với ∆U = 0; Q > 0; A < 0.
33.11. Đồ thị trên hình vẽ biểu diễn một quá trình biến đổi trạng thái của khí lí tưởng (1 – 2). Chọn nhận xét đúng.
A. ∆U > 0; Q < 0; A > 0.
B. ∆U = 0; Q > 0; A < 0.
C. ∆U = 0; Q < 0; A > 0.
D. ∆U < 0; Q > 0; A < 0.
C. BÀI TẬP PHÁT TRIỂN
33.12. Viên đạn chì rơi tự do từ độ cao 130 m xuống và va chạm mềm với đất. Hỏi đạn nóng thêm bao nhiêu độ khi nó chạm đất. Giả sử 50% động năng của viên đạn trước khi chạm đất chuyển thành nội năng của viên đạn.
Cho nhiệt dung riêng của chì là 130 J/kgK; g = 10 m/s2. (ĐS: 50C)
33.13. Một ô tô chuyển động với vận tốc 54 km/h có thể đi được đoạn đường dài bao nhiêu khi tiêu thụ hết 60 lít xăng? Biết động cơ của ô tô có công suất 45 kW và hiệu suất 25%. Năng suất tỏa nhiệt của xăng là 46.106 J/kg và khối lượng riêng của xăng là 700 kg/m3. (ĐS: 161 km)