CH ƠNGă6:ăCƠăSỞăC AăNHI TăĐ NGăL CăH C Bài 32 :ăN IăNĔNGăVÀăS ăBI NăĐ IăN IăNĔNGă I.ăN iănĕng. 1. Nội năng là gì ? Nội năng của vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật : U = f(T, V) 2. Độ biến thiên nội năng. Là phần nội năng tăng thêm hay giảm bớt đi trong một quá trình. II.ăHaiăcáchălàmăthayăđ iăn iănĕng. 1. Thực hiện công. Ví dụ: Làm nóng miếng kim loại bằng ma sát 2. Truyền nhiệt. a) Quá trình truyền nhiệt. Quá trình làm thay đổi nội năng không có sự thực hiện công gọi là quá trình truyền nhiệt. Ví dụ: làm nóng miếng kim loại bằng cách nhúng vào nước nóng b) Nhiệt lượng. Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng. U = Q Nhiệt lượng mà một lượng chất rắn hoặc lỏng thu vào hay toả ra khi nhiệt độ thay đổi được tính theo công thức : Q = mct Cácădạngăbàiăt păcóăh ớngăd n Bài 1: Người ta bỏ 1 miếng hợp kim chì và kẽm có khối lượng 50g ở t = 1360C vào 1 nhiệt lượng kế có nhiệt dung là 50 J/K chứa 100g nước ở 140C. Xác định khối lượng của kẽm và chì trong hợp kim trên, biết nhiệt độ khi cân bằng trong nhiệt lượng kế là 180C. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với mt nên ngoài, CZn = 377 J/kg.K, CPb = 126 J/Kg.K. Hướng dẫn giải: Nhiệt lượng toả ra: QZn = mZn.CZn(t1 – t ) = 39766mZn QPb = mPb.CPb(t1 – t ) = 14868mPb Nhiệt lượng thu vào: QH2O = mH2O.CH2O(t – t2 ) = 1672 J QNLK = C’ (t – t2 ) = 200 J Qtoả = Qthu  39766mZn + 14868mPb = 1672 + 200  mZn = 0,045 kg, mPb = 0,005kg Bài 2: Để xác định nhiệt độ của 1 cái lò, người ta đưa vào một miếng sắt m = 22,3g. Khi miếng sắt có nhiệt độ bằng nhiệt độ của lò, người ta lấy ra và thả ngay vào nhiệt lượng kế chứa 450g nước ở 150C, nhiệt độ của nước tăng lên tới 22,50C. a. Xác định nhiệt độ của lò. b. Trong câu trên người ta đã bỏ qua sự hấp thụ nhiệt lượng kế, thực ra nhiệt lượng kế có m = 200g. Biết CFe = 478 J/kg.K, C H 2O = 4180 J/kg.K, CNLK = 418 J/kg.K. Hướng dẫn giải: a/ Nhiệt lượng tỏa ra QFe = mFe.CFe ( t2 – t ) = 10,7t2 – 239,8 J Nhiệt lượng thu vào: QH2O = mH2O.CH2O(t – t1 ) = 14107,5 J 1 Qtoả = Qthu  10,7t2 – 239,8 = 14107,5  t2 = 1340,90C b/ Nhiệt lượng do lượng kế thu vào. QNLK = mLNK.CNLK(t – t1 ) = 627 J Qtoả = Qthu  10,7t2 – 239,8 = 14107,5  t2 = 1340,90C Bài 3: Một cốc nhôm m = 100g chứa 300g nước ở nhiệt độ 200C. Người ta thả vào cốc nước một thìa đồng khối lượng 75g vừa rút ra từ nồi nước sôi 1000C. Xác định nhiệt độ của nước trong cốc khi có sự cân bằng nhiệt. Bỏ qua các hao phí nhiệt ra ngoài. Lấy CAl = 880 J/kg.K, Ccu = 380 J/kg.K, C H 2O = 4190 J/kg.K. Hướng dẫn giải: Nhiệt lượng tỏa ra Qcu = mcu.Ccu ( t2 – t ) = 2850 – 28,5t J Nhiệt lượng thu vào: QH2O = mH2O.CH2O(t – t1 ) = 1257.t – 25140 QAl = mAl.CAl(t – t1 ) = 88.t - 1760 Qtoả = Qthu  2850 – 28,5t = 1257.t – 25140 + 88.t - 1760  t = 21,70C Bài 4: Người ta thả miếng đồng m = 0,5kg vào 500g nước. Miếng đồng nguội đi từ 800C đến 200C. Hỏi nước đã nhận được một nhiệt lượng bao nhiêu từ đồng và nóng lên thêm bao nhiêu độ? Lấy Ccu = 380 J/kg.K, C H 2O = 4190 J/kg.K. Hướng dẫn giải: Nhiệt lượng tỏa ra Qcu = mcu.Ccu ( t1 – t ) = 11400 J Qtoả = Qthu  QH2O = 11400 J Nước nóng lên thêm: QH2O = mH2O.CH2O Δt  11400 = 0,5.4190. Δt  Δt = 5,40C Bài 5: Trộn 3 chất lỏng không tác dụng hoá học lẫn nhau. Biết m1 = 1kg, m2 = 10kg, m3 = 5kg, t1 = 60C, t2 = - 400C, t3 = 600C, C1 = 2 KJ/kg.K, C2 = 4 KJ/kg.K, C3 = 2 KJ/kg.K. Tìm nhiệt độ khi cân bằng. Hướng dẫn giải: Q1 = m1.C1.( t – t1) = 1.2.103 (t – 6) = 2.103t -12.103 Q2 = m2.C2.( t – t2) = 10.4.103 (t + 40 ) = 40.103t + 160.104 Q3 = m3.C3.( t – t3) = 5.2.103 (t - 60 ) = 10.103t - 60.104 Qtỏa = Qthu  2.103t -12.103 + 40.103t + 160.104 + 10.103t - 60.104 = 0  t = - 190C Bài 6: Thả một quả cầu nhôm m = 0,15kg được đun nóng tới 1000C vào một cốc nước ở 200C. Sau một thời gian nhiệt độ của quả cầu và của nước đều bằng 250C. Tính khối lượng nước, coi như chỉ có quả cầu và nước truyền nhiệt cho nhau, CAl = 880 J/kg.K, C H 2O = 4200 J/kg.K. Hướng dẫn giải: Nhiệt lượng tỏa ra QAl = mAl.CAl ( t1 – t ) = 9900 J 2 Qtoả = Qthu  QH2O = Qtỏa = 9900 J  9900 = mH2O.CH2O(t – t2 )  9900 = mH2O. 4200 ( 25 – 20 )  mH2O = 0,47 kg Bài 7: Để xác định nhiệt dung riêng của 1 kim loại, người ta bỏ vào nhiệt lượng kế chứa 500g nước ở nhiệt độ 150C một miếng kim loại có m = 400g được đun nóng tới 1000C. Nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 200C. Tính nhiệt dung riêng của kim loại. Bỏ qua nhiệt lượng làm nóng nhiệt lượng kế và không khí. Lấy C H 2O = 4190 J/kg.K. Hướng dẫn giải: Nhiệt lượng tỏa ra QKl = mKl.CKl ( t2 – t ) = 0,4.CKl.(100 – 20 ) = 32.CKl Nhiệt lượng thu vào: Qthu = QH2O = mH2O.CH2O(t – t1 ) = 10475 J Qtỏa = Qthu  32.CKl = 10475  CKl = 327,34 J/Kg.K Bài 8: Một ấm đun nước bằng nhôm có m = 350g, chứa 2,75kg nước được đun trên bếp. Khi nhận được nhiệt lượng 650KJ thì ấm đạt đến nhiệt độ 600C. Hỏi nhiệt độ ban đầu của ấm, biết CAl = 880 J/kg.K, C H 2O = 4190 J/kg.K. Hướng dẫn giải: Nhiệt lượng thu vào: QH2O = mH2O.CH2O(t – t1 ) = 691350 – 11522,5t1 QAl = mAl.CAl(t – t1 ) = 19320 – 322t1 Nhiệt lượng ấm nhôm đựng nước nhận được QH2O + QAl = 650.103  t = 5,10C Bài 9: Để xác định nhiệt dung riêng của một chất lỏng, người ta đổ chất lỏng đó vào 20g nước ở 1000C. Khi có sự cân bằng nhiệt, nhiệtk độ của hỗn hợp nước là 37,50C, mhh = 140g. Biết nhiệt độ ban đầu của nó là 200C, C H 2O = 4200 J/kg.K. Hướng dẫn giải: Nhiệt lượng tỏa ra QH2O = mH2O.CH2O ( t2 – t ) = 5250 J Nhiệt lượng thu vào: QCL = mCL.CCL(t – t1 ) = 2,1. CCL J Qtỏa = Qthu  5250 = 2,1.CCL  CCL = 2500 J/Kg.K Bài 10: Một cái cốc đựng 200cc nước có tổng khối lượng 300g ở nhiệt độ 300C. Một người đổ thêm vào cốc 100cc nước sôi. Sau khi cân bằng nhiệt thì có nhiệt độ 500C. Xác định nhiệt dung riêng của chất làm cốc, biết C H 2O = 4200 J/kg.K, khối lượng riêng của nước là 1kg/ lít. Hướng dẫn giải: 1 cc = 1ml = 10-6m3 Khối lượng ban đầu của nước trong cốc: m1 = V1.  n = 200g Khối lượng cốc: m = 300 – 200 = 100g Nhiệt lượng do lượng nước thêm vào tỏa ra khi từ 1000 đến 500 Q2 = m2.Cn ( 100 – 50 ) 3 Nhiệt lượng do lượng nước trong cốc thu vào để tăng từ 300 đến 500 Q’ = m1.Cn.(50 – 30 ) Nhiệt lượng do cốc thu vào khi tăng từ 300 đến 500 Qc = m.Cc. ( 50 – 30 ) Qtỏa = Qthu  Q’ + Qc = Q2  m.Cc.( 50 – 30 ) + m1.Cn.(50 – 30 ) = m2.Cn ( 100 – 50 )  C = 2100 J/.Kg.K Bài 33:ăCÁCăNGUYÊNăLệăC AăNHI TăĐ NGăL CăH Că I.ăNguyênălíăIănhi tăđ ngăl căh c. Độ biến thiên nội năng của một vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được. U = A + Q Qui ước dấu : U> 0: nội năng tăng; U< 0: nội năng giảm. A> 0: hệ nhận công; A< 0: hệ thực hiện công. Q> 0: hệ nhận nhiệt; Q< 0: hệ truyền nhiệt. II. Nguyên líăIIănhi tăđ ngăl căh c. 1. Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch.(Đ căthêm) 2. Nguyên lí II nhiệt dộng lực học. a) Cách phát biểu của Clau-di-út. Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang một vật nóng hơn. b) Cách phát biểu của Các-nô. Động cơ nhiệt không thể chuyển hoá tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học. Cácădạngăbàiăt păcóăh ớngăd n Bài 1: Người ta cung cấp nhiệt lượng 1,5J cho chất khí đựng trong 1 xilanh đặt nằm ngang. Chất khí nở ra, đẩy pittông đi một đoạn 5cm. Tính độ biến thiên nội năng của chất khí. Biết lực ma sát giữa pittông và xilanh có độ lớn là 20N. Hướng dẫn giải: A = - F.s = - 1J. U  Q  A  0,5 J Bài 2: Một lượng khí ở áp suất 3.105Pa có thể tích 8 lít. Sau khi đun nóng đẳng áp khí nở ra và có thể tích 10 lít. a. Tính công khí thực hiện được. b. Tính độ biến thiên nội năng của khí, biết trong khi đun nóng khí nhận được nhiệt lượng 1000J. Hướng dẫn giải: a. U  Q  A  400 J b. A  p.V  600 J Bài 3: Một ĐC của xe máy có H = 20%. Sau một giờ hoạt động tiêu thụ hết 1kg xăng có năng suất toả nhiệt là 46.106J/kg. Công suất của động cơ xe máy là bao nhiêu? Hướng dẫn giải: Khi 1 kg xăng cháy hết sẽ tỏa ra nhiệt lượng: 46.106J. H A Q  0, 2  A  92.105 J P = A / t = 2555,56 W Bài 4: Một động cơ nhiệt mỗi giây nhận từ nguồn nóng nhiệt lượng 3,6.104J đồng thời nhường cho nguồn lạnh 3,2.104J. Tính hiệu suất của động cơ. Hướng dẫn giải: 4 H A Q  Q1  Q2 Q  1  H  11% 9 Bài 5: Người ta cung cấp nhiệt lượng 1,5J cho chất khí đựng trong xilanh đặt nằm ngang. Chất khí nở ra, đẩy pittông đi đoạn 5cm. Tính độ biến thiên nội năng của chất khí. Biết lực ma sát giữa pittông và xilanh có độ lớn 20N. Hướng dẫn giải: A = Fc. s = 1 J  U  Q  A  0,5 J Bài 6: Khí khi bị nung nóng đã tăng thể tích 0,02m3 và nội năng biến thiên lượng 1280J. Nhiệt lượng đã truyền cho khí là bao nhiêu? Biết quá trình là quá trình đẳng áp ở áp suất 2.105Pa. Hướng dẫn giải: A  p.V  4000 J  U  Q  A  Q  52800 J Bài 7: Một khối khí có V = 7,5 lít, p = 2.105Pa, nhiệt độ 270C. Khí được nén đẳng áp nhận công 50J. Tính nhiệt độ sau cùng của khí. Hướng dẫn giải: A = p ( V2 – V1 ) = -50 J  V2 = 7,5.10-3 m3  T2 = 292K Bài 8: Bình kín ( dung tích coi như không đổi) chứa 14g N2 ở áp suất 1atm và t = 270C. Khíđược đun nóng, áp suất tăng gấp 5 lần. Nội năng của khí biến thiên lượng là bao nhiêu?, lấy CN = 0,75KJ/ kg.K. Hướng dẫn giải: V không đổi  A = 0  U  Q Vì quá trình đẳng tích ta có: T2 = 1500K  Q = mC . .T = 12432J Bài 9: Diện tích mặt pittông là 150cm2 nằm cách đáy của xilanh đoạn 30cm, khối lượng khí ở t = 250C, p = 105Pa. Khi nhận được năng lượng do 5g xăng bị đốt cháy tỏa ra, khí dãn nở ở áp suất không đổi, nhiệt độ của nó tăng thêm 500C. a. Tính công do khí thực hiện. b. . Hiệu suất của quá trình dãn khí là? Biết rằng chỉ có 10% năng lượng của xăng lá có ích, năng suất tỏa nhiệt của xăng là q = 4,4.107 J/kg. Coi khí là lý tưởng. Hướng dẫn giải: a. V1 = S.h = 4,5.10-3m3 Vì quá trình đẳng áp  V2 = 5,3.10-3m3 A = p.(V2 – V1) = 80J b. Q1 = 10%.Q = 10%q.m = 22.103 J H A  3, 6.103  0,36% Q Bài 10: Chất khí trong 1 xilanh có p = 8.105Pa. Khi dãn đẳng áp khí sẽ thực hiện 1 công là bao nhiêu? Nếu nhiệt độ của nó tăng lên gấp đôi. Xilanh có tiết diện ngang bên trong là 200cm3 và lúc đầu mặt pittông cách đáy xilanh 40cm. Hướng dẫn giải: A = p.(V2 – V1) = 6400J Với V1 = S.h = 8.10-3m3 Vì quá trình đẳng áp  V2 = 0,016m3. BÀIăT PăCH ƠNGăVI N iănĕngăvàăs ăbi năthiênăc aăn iănĕngăậ CácănguyênălỦănhi tăđ ng l căh c 5 161. Một bình nhôm khối lượng 0,5 kg chứa 0,118 kg nước ở nhiệt độ 20 0C . Người ta thả vào bình một miếng sắt khối lượng 0,2 kg ở nhiệt độ 75oC. Xác định nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Cho nhiệt dung riêng của nhôm là 920J/(kg.K), của nước là 4180J/(kg.K) và của sắt là 460J/(kg.K) ĐS: 25oC 162. Một nhiệt lượng kế bằng đồng thau khối lượng 128 g chứa 210 g nước ở nhiệt độ 8,4oC. Người ta thả một miếng kim loại khối lượng 192 g ở nhiệt độ 100oC vào nhiệt lượng kế. Xác định nhiệt dung riêng của chất làm miếng kim loại, biết nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 21,5 0C. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Nhiệt dung riêng của đồng thau là: 128J/(kg.K) và của nước là 4180 J/(kg.K). ĐS: 780 J/(kg.K). 163. Người ta bỏ một miếng kim loại chì và kẽm có khối lượng 50 g ở nhiệt độ 136oC vào một nhiệt lượng kế có nhiệt dung (nhiệt lượng cần để làm cho vật nóng thêm lên 1oC) là 50 J/K chứa 100 g nước ở 14oC. Xác định khối lượng của kẽm và chì trong hợp kim trên. Biết nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt trong nhiệt lượng kế là 18oC. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài. Nhiệt dung riêng của kẽm là 337 J/(kg.K), của chì là 126 J/(kg.K) và của nước là 4180 J/(kg.K). ĐS: mzn=0,045kg; mpb=0,005kg 164. Một quả bóng có khối lượng 100 g, rơi từ độ cao 10 m xuống sân và nảy lên được 7 m. Tại sao bóng không nảy lên tới độ cao ban đầu? Tính độ biến thiên nội năng của quả bóng ? Lấy g=10m/s2 ĐS: 3 J 165. Người ta cung cấp chất khí chứa trong xy-lanh một nhiệt lượng 100 J. Chất khí nảy ra đẩy pít- tông lên và thực hiện một công là 70 J. Hỏi nội năng của khí biến thiên một lượng bằng bao nhiêu? ĐS: 30 J 166.Người ta thực hiện một công 100 J để nén khí trong một xy-lanh. Hỏi nội năng của khí biến thiên một lượng bao nhiêu? Nếu khí truyền ra môi trường xung quanh nhiệt lượng 20 J. ĐS: 80 J 167. Khi truyền nhiệt lượng 6.106J cho chất khí đựng trong một xy-lanh hình trụ thì khí nở ra đẩy pít-tông lên. Thể tích khí tăng thêm 0,5 m3. Hỏi nội năng của khí biến đổi một lượng bằng bao nhiêu? Biết áp suất của khí là 8.106 Pa và không đổi trong quá trình dãn nở. ĐS: 2.106 J 168. Một lượng khí ở áp suất 3.105 Pa có thể tích là 8 lít. Sau khi đun nóng đẳng áp khí nở ra và có thể tích là 10 lít. a) Tính công mà khí thực hiện. b) Tính độ biến thiên nội năng của khí. Biết trong khi đun khí nhận nhiệt lượng là 1000 J. ĐS: a) -600J b) 400J 6