Cộng đồng chia sẻ tri thức Doc24.vn

Chủ đề 1: Nội năng và sự biến thiên nội năng

Gửi bởi: Phạm Thọ Thái Dương vào ngày 2020-03-11 08:18:16

1. Nội năng: nội năng của vật là dạng năng lượng bao gồm động năng phân tử (do các phân tử chuyển động nhiệt) và thế năng phân tử (do các phân tử tương tác với nhau)

- Độ biến thiên nội năng: 

      + Nếu U2 > U1 ⇒ ΔU > 0: Nội năng tăng

      + Nếu U2 < U1 ⇒ ΔU < 0: Nội năng tăng

2. Các cách làm biến đổi nội năng:

a. Thực hiện công:

      + Ngoại lực (ma sát) thực hiện công để thực hiện quá trình chuyển hoá năng lượng từ nội năng sang dạng năng lượng khác: cơ năng thành nội năng;

      + là quá trình làm thay đổi thể tích (khí) làm cho nội năng thay đổi.

b. Quá trình truyền nhiệt: Là quá trình làm biến đổi nội năng không thông qua thực hiện công.

c. Nhiệt lượng: Là phần nội năng biến đổi trong quá trình truyền nhiệt.

d. Công thức tính nhiệt lượng thu vào hay toả ra trong quá trình truyền nhiệt:

Bài tập vận dụng

Bài 1: Một bình nhôm có khối lượng 0,5kg chứa 0,118kg nước ở nhiệt độ 20°C. Người ta thả vào bình một miếng sắt có khối lượng 0,2kg đã được đun nóng tới nhiệt độ 75°C. Xác định nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt.

Cho biết nhiệt dung riêng của nhôm là 920J/kgK; nhiệt dung riêng của nước là 4180J/kgK; và nhiệt dung riêng của sắt là 460J/kgK. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường xung quanh.

Hướng dẫn:

Gọi t là nhiệt độ lúc cân bằng nhiệt.

Nhiệt lượng của sắt toả ra khi cân bằng:

Q1 = mscs(75 – t) = 92(75 – t)  (J)

Nhiệt lượng của nhôm và nước thu được khi cân bằng nhiệt:

Q2 = mnhcnh(t – 20) = 460 (t – 20)  (J)

Q3 = mncn(t – 20) = 493,24 (t – 20)  (J)

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: Qtoả = Qthu

92 (75 – t) = 460(t – 20) + 493,24 (t – 20)

⇔ 92 (75 – t) = 953,24 (t – 20)

Giải ra ta được t ≈ 24,8°C

Bài 2: Một nhiệt lượng kế bằng đồng thau có khối lượng 128g chứa 210g nước ở nhiệt độ 8,4°C. Người ta thả mọt miếng kim loại có khối lượng 192g đã đun nóng tới nhiệt độ 100°C vào nhiệt lượng kế. Xác định nhiệt dung riêng của miếng kim loại, biết nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 21,5°C.

Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường xung quanh và biết nhiệt dung riêng của đồng thau là 128J/kgK và của nước là 4180J/kgK.

Hướng dẫn:

Nhiệt lượng toả ra của miếng kim loại khi cân bằng nhiệt là:

Q1 = mkck(100 – 21,5) = 15,072ck (J)

Nhiệt lượng thu vào của đồng thau và nước khi cân bằng nhiệt là:

Q2 = mđcđ(21,5 – 8,4) = 214,6304 (J)

Q3 = mncn(21,5 – 8,4) = 11499,18 (J)

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: Qtoả = Qthu

15,072ck = 214,6304 + 11499,18

Giải ra ta được ck = 777,2J/kgK.

Bài 3: Một ấm nhôm có khối lượng 250g, đựng 1,5kg nước ở 25°C. Tìm nhiệt lượng cần cung cấp để đung sôi nước trong ấm ( 100°C ). Biết nhiệt dung riêng của nhôm và nước lần lượt là cAl = 920J/kg.K và cn = 4190J/kg.K.

Hướng dẫn:

Gọi t1 là nhiệt độ ban đầu của ấm nhôm và nước(t1 = 25°C)

t2 là nhiệt độ lúc sau của ấm nhôm và nước (t2 = 100°C )

Nhiệt lượng của ấm nhôm thu vào là :

Q1 = m1cAl (t2 – t1) = 0,25.920.(100-25) = 17250 J

Nhiệt lượng của nước thu vào (nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi nước) là :

Q2 = m2cn(t2 – t1) = 1,5.4190.(100-25) = 471375 J

Nhiệt lượng của ấm nước thu vào là :

Q = Q1 + Q2 = 17250 + 471375 = 488626 J

Bài 4: Một ấm nước bằng nhôm có khối lượng 250g,chứa 2 kg nước được đun trên bếp.Khi nhận được nhiệt lượng là 516600 J thì ấm đạt đến nhiệt độ 80°C. Hỏi nhiệt độ ban đầu của ấm là bao nhiêu? biết nhiệt dung riêng của nhôm và nước lần lượt là cAl = 920 J/kgK và cn = 4190 J/kgK.

Hướng dẫn:

Gọi t1 là nhiệt độ ban đầu của ấm nhôm và nước(t1 = ?)

t2 là nhiệt độ lúc sau của ấm nhôm và nước (t2 = 80°C )

nhiệt lượng của ấm nhôm thu vào là :

Q1 = m1cAl (t2 – t1 ) = 0,25.920.(80-t1)

Nhiệt lượng của nước thu vào là :

Q2 = m2cn(t2 – t1) = 2.4190.(80-t1)

Nhiệt lượng của ấm nước thu vào (nhiệt lượng cần cung cấp để ấm đạt đến 800C) là :

Q = Q1 + Q2 = 516600

⇔ 516600 = 0,25.920.(80-t1) + 2.4190.(80-t1)

⇒ t1 = 20°C

Bài 5: Môṭ cốc nhôm có khối lươṇ g 120g chứ a 400g nước ở nhiêṭ đô ̣ 24°C. Người ta thả vào cốc nước môṭ thìa đồng khối lươṇ g 80g ở nhiêṭ đô ̣ 100°C. Xác định nhiệt độ của nước trong cốc khi có sự cân bằng nhiệt. Biết nhiêṭ dung riêng của nhôm là 880 J/Kg.K, của đồng là 380 J/Kg.K và của nước là 4,19.103. J/Kg.K.

Hướng dẫn:

Gọi t là nhiệt độ lúc cân bằng.

Nhiệt lượng do thìa đồng tỏa ra là: Q1= m1 c1 (t1 - t).

Nhiệt lượng do cốc nhôm thu vào là: Q2= m2 c2 (t - t2).

Nhiệt lượng do cốc nước thu vào là: Q3= m3 c3 (t- t3).

Theo phương trình cân bằng nhiệt:

Q1= Q2 + Q3.

⇔ m1 c1 (t1 - t) = m2 c2 (t - t2 ) + m3 c3 (t- t3).

Lượt xem: 282