D) CÂU HỎI, BÀI TẬP, NỘI DUNG ÔN TẬP VÀ THẢO LUẬN CỦA CHƯƠNG
b. Các định luật và phương trình cơ bản
3.3.4. Các nguyên lí của nhiệt động lực học
- Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học thực chất là ĐLBT và chuyển hóa năng lượng đối với các quá trình nhiệt. Đối với hệ cô lập, không có các tác dụng cơ học và tác dụng nhiệt từ bên ngoài lên hệ thì dù có thay đổi trạng thái của hệ, nội năng của nó vẫn được bảo toàn. Nếu hệ không còn cô lập thì nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học khẳng định rằng độ biến thiện nội năng AU của hệ bằng tổng nhiệt lượng hệ nhận được và công thực hiện lên hệ: ΔU Q + A.
- Nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học là định luật về tính có hướng của các quá trình vật lý khi có sự chuyển hóa các dạng năng lượng khác nhau.
+ Về mặt định tính, nội dung nguyên lý có thể phát biểu: Không thể thực hiện được một chu trình sao cho kết quả duy nhất của nó là tác nhân sinh công lấy nhiệt từ một nguồn. Một cách ngắn gọn hơn có thể phát biểu: Không thể thực hiện được động cơ vĩnh cửu loại 2.
+ Về mặt định lượng: Trong mọi chu trình thực hiện giữa nguồn nóng có nhiệt độ cao nhất là T1 và nguồn lạnh có nhiệt độ cao nhất là T2, nếu tác nhân nhận từ nguồn nóng nhiệt lượng Q1, sinh công A Q1 - Q2 thì phải truyền cho nguồn lạnh nhiệt lượng Q2 có giá trị bé hơn 2 1
1
T .Q
T .
- Nguyên lý thứ ba nhiệt động lực học liên quan đến Entrôpi của hệ. Entrôpi là một hàm đơn giá của trạng thái. Trong quá trình đẳng nhiệt bất kỳ mà nhiệt độ của hệ tiến đến độ không tuyệt đối thì sự biến thiện Entrôpi bằng không.
3.3.5. Một số lưu ý khi dạy học
Trong chương trình vật lý THPT chỉ trình bày những cơ sở của Nhiệt động lực học gồm nội năng, biến đổi nội năng và nguyên lý thứ nhất, nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học.
- Trong quá trình dạy học kiến thức nội năng và biến đổi nội năng cần làm cho HS:
+ Thông hiểu: Do các phân tử chuyển động không ngừng, nên chúng có động năng. Động năng phân tử phụ thuộc vào vận tốc của phân tử. Do giữa các phân tử có lực tương tác nên ngoài động năng, các phân tử còn có thế năng tương tác phân tử, gọi tắt là thế năng phân tử. Thế năng phân tử phụ thuộc vào sự phân bố các phân tử.
+ Nhận biết: Trong nhiệt động lực học, người ta gọi tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật là nội năng của vật.
+ Có hai cách làm thay đổi nội năng :
Thực hiện công : Quá trình làm thay đổi nội năng, trong đó có sự thực hiện công của một lực, gọi là quá trình thay đổi nội năng bằng cách thực hiện công. Ví dụ, khi ta cọ xát miếng kim loại trên mặt bàn (thực hiện công cơ học), miếng kim loại nóng lên. Nội năng của miếng kim loại đã thay đổi do có sự thực hiện công.
Truyền nhiệt: Quá trình làm thay đổi nội năng bằng cách cho vật tiếp xúc với nguồn nhiệt (không có sự thực hiện công) gọi là quá trình thay đổi nội năng bằng cách truyền nhiệt. Ví dụ, nhúng miếng kim loại vào nước sôi, miếng kim loại nóng lên. Nội năng của miếng kim loại đã thay đổi do có sự truyền nhiệt.
+ Biết cách phân tích hiện tượng liên quan đến nội năng và nhiệt độ, vận dụng mối quan hệ giữa nội năng với nhiệt độ để giải thích hiện tượng có liên quan đến sự biến đổi nội năng bằng thực hiện công hoặc truyền nhiệt. Chẳng hạn giải thích các định luật chất khí.
- Thông hiểu nội dung, biểu thức và các quy ước trong nguyên lý I, các cách phát biểu nội dung nguyên lý II:
+ Nguyên lý I nhiệt động lực học:
Độ biến thiện nội năng của hệ bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được. U = A + Q
Đơn vị của các đại lượng U, A, Q là jun (J).
Quy ước : Nếu Q > 0 thì hệ nhận nhiệt lượng. Nếu Q < 0 thì hệ truyền nhiệt lượng. Nếu A > 0 thì hệ nhận công. Nếu A < 0 thì hệ thực hiện công.
+ Nguyên lý II nhiệt động lực học:
Cách phát biểu của Clau-di-ut: Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang vật nóng hơn. Cách phát biểu của Cac-nô: Động cơ nhiệt không thể chuyển hoá tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học.
Động cơ nhiệt sinh công dương tức là nhận một công A âm. Hiệu suất của động cơ nhiệt:
1A A H
Q
= luôn nhỏ hơn 1, trong đó Q1 là nhiệt lượng nguồn nóng cung cấp cho động cơ.