Bài 32: Nội năng và biến thiên nội năng

Lý thuyết

Câu C1 trang 170 SGK Vật lý 10

Hãy chứng tỏ nội năng của một vật phụ thuộc vào nhệt độ và thể tích của vật: U = f(T, V)

Hướng dẫn giải

Ta có: Nội năng = Động năng của các phân tử + thế năng phân tử

Mà động năng thì phụ thuộc nhiệt độ (t tăng ⇔ v tăng ⇔ W_đ tăng…);

còn thế năng phân tử phụ thuộc thể tích ( V thay đổi => khoảng cách phân tử thay đổi => thế năng tương tác phân tử thay đổi ).

Vì vậy nội năng của một vật phụ thuộc nhiệt độ và thể tích của vật.

Câu C2 trang 170 SGK Vật lý 10

Hãy chứng tỏ nội năng của một lượng khí lí tưởng chỉ phụ thuộc nhiệt độ.

Hướng dẫn giải

Vì đối với khi lí tưởng, sự tương tác giữa các phân tử là không đáng kể, có thể bỏ qua nên chất khí lí tưởng không có thế năng, chỉ có động năng. Do đó nội năng khí lí tưởng chỉ phụ thuộc nhiệt độ.

Câu C3 trang 172 SGK Vật lý 10

Hãy so sánh sự thực hiện công và sự truyền nhiệt; công và nhiệt lượng.

Hướng dẫn giải

- Giống: Đều làm cho nội năng thay đổi

- Khác:

+ Trong quá trình thực hiện công, có sự chuyển hóa từ một dạng năng lượng khác (ví dụ cơ năng) sang nội năng.

+ Trong khi quá trình truyền nhiệt không có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác (không có sự thực hiện công), chỉ có sự truyền nội năng từ vật này sang vật khác.

Câu C4 trang 172 SGK Vật lý 10

Hãy mô tả và nêu tên các hình thức truyền nhiệt trong các hiện tượng vẽ ở Hình 32.3

Hướng dẫn giải

Hình a: Hình thức truyền nhiệt chủ yếu là dẫn nhiệt

Hình b: Hình thức truyền nhiệt chủ yếu là bức xạ nhiệt ( Ánh xạ Mặt Trời mang năng lượng).

Hình c: Hình thức truyền nhiệt là dẫn nhiệt và đối lưu.

Bài 1 (SGK trang 173)

Phát biểu định nghĩa nội năng.

Hướng dẫn giải

Nội năng là gì ?

Trong nhiệt động lực học, người ta gọi tổng động năng và thế năng của các phân tử tạo nên vật gọi là nội năng của vật.

Bài 2 (SGK trang 173)

Nội năng của một lượng khí lí tưởng có phụ thuộc vào thể tích khí không? Tại sao?

Hướng dẫn giải

Nội năng của một lượng khí lí tưởng có phụ thuộc vào thể tích khí không ? Tại sao?

Bài làm.

Không bởi vì chỉ có 2 cách làm thay đổi nội năng đó là thực hiện công và truyền nhiệt, 2 cách này đều không liên quan đến thể tích

Bài 3 (SGK trang 173)

Nhiệt lượng là gì? Viết công thức tính nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa ra khi nhiệt độ của vật thay đổi. Nêu tên các đơn vị của các đại lượng trong công thức.

Hướng dẫn giải

Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng

ΔU = Q với Q = MCΔt

C: nhiệt dung riêng (J/kg.k); Δt là độ tăng hoặc giảm của nhiệt độ ((o)C hoặc K)

Bài 4 (SGK trang 173)

Nội năng của một vật là:

A. tổng động năng và thế năng của vật

B. tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật

C. tổng nhiệt lượng và cơ năng mà vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt và thực hiện công.

D. nhiệt lượng vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt.

Hướng dẫn giải

B. Tổng động năng và thế năng của các phần tử cấu tạo nên vật

Bài 5 (SGK trang 173)

Câu nào sau đây nói về nội năng là không đúng?

A. Nội năng là một dạng năng lượng

B. Nội năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác

C. Nội năng là nhiệt lượng

D. Nội năng của một vật có thể tăng lên, giảm đi

Hướng dẫn giải

A. Nội năng là một dạng năng lượng.

B. Nội năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác.

C. Nội năng là nhiệt lượng.

D. Nội năng của một vật có thể tăng lên, giảm đi.

Trả lời.

Đáp án C.

Bài 6 (SGK trang 173)

Câu nào sau đây nói về nhiệt lượng là không đúng?

A. Nhiệt lượng là số đo độ tăng nội năng của vật trong quá trình truyền nhiệt

B. Một vật lúc nào cũng có nội năng, do đó lúc nào cũng có nhiệt lượng

C. Đơn vị của nhiệt lượng cũng là đơn vị của nội năng

D. Nhiệt lượng không phải là nội năng.

Hướng dẫn giải

A. Nhiệt lượng là số đo độ tăng nội năng của vật trong quá trình truyền nhiệt.

B. Một vật lúc nào cũng có nội năng, do đó lúc nào cũng có nhiệt lượng.

C. Đơn vị của nhiệt lượng cũng là đơn vị của nội năng.

D. Nhiệt lượng không phải là nội năng.

Trả lời.

Đáp án B.

Bài 7 (SGK trang 173)

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

Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Nhiệt dung riêng của nhôm là 0,92.10³J/(kg.K); của nước là 4,18.10³J(kg.K); của sắt là 0,46.10³ J(kg.K).

Hướng dẫn giải

Hướng dẫn giải.

Nhiệt lượng mà nhôm và bình nước thu vào :

Q_thu = Q₁ + Q₂ = (m₁c₁ + m₂c₂)(t – t₁).

Nhiệt lượng do sắt tỏa ra là :

Q_tỏa = Q₃ = m₃c­_3. ∆t₃ = m₃c₃ (t₃ – t).

Trạng thái cân bằng nhiệt :

Q₁ + Q₂ = Q₃.

⇔ (m₁c₁ + m₂c₂)(t – t₁) = m₃c­_3. ∆t₃ = m₃c₃ (t₃ – t)

\(\Rightarrow t=\dfrac{\left(m_1c_1+m_2c_2\right)\left(t-t_1\right)}{m_1c_1+m_2c_2+m_3c_3}\)

\(\Rightarrow t=\dfrac{\left(0,5.0,92+0,118.4,18\right)10^3.20+0,2.0,46.10^3.75}{\left(0,5.0,92+0,118.4,18+0,2.0,46\right).10^3}\)

=> t ≈ 25^oC.

Bài 8 (SGK trang 173)

Một nhiệt lượng kế bằng đồng thau khối lượng 128g chứa 210g nước ở nhiệt độ 8,4^oC. Người ta thả một miếng kim loại khối lượng 192g đã nung nóng tới 100^oC vào nhiệt lượng kế. Xác định nhiệt dung riêng của chất làm miếng kim loại, biết nhiệt độ khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt là 21,5^oC.

Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Nhiệt dung riêng của đồng thau là 0,128.10³ J/(kg.K).

Hướng dẫn giải

Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Nhiệt dung riêng của đồng thau là

0,128.10³ J(kg.K).

Hướng dẫn giải.

Nhiệt lượng mà nhiệt lượng kế và nước thu vào :

Q_thu = Q₁ + Q₂ = (m₁c₁ + m₂c₂)(t – t₁).

Nhiệt lượng mà miếng kim loại tỏa ra :

Q_tỏa = Q₃ = m₃c­_3. ∆t₃ = m₃c₃ (t₃ – t).

Trạng thái cân bằng nhiệt :

Q₁ + Q₂ = Q₃.

⇔ (m₁c₁ + m₂c₂)(t – t₁) = m₃c­_3. ∆t₃ = m₃c₃ (t₃ – t).

\(\Rightarrow c_3=\dfrac{m_1c_1+m_2c_2\left(t-t_1\right)}{m_3\left(t_3-t\right)}\)

\(\Rightarrow c_3=\dfrac{\left(0,128.0,128+0,21.4,18\right).\left(21,5-8,4\right)10^3}{0,192.\left(100.21,5\right)}\)

=> c₃ = 0,78.10³ J/kg.K