SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CHƯƠNG VI CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC I Nội năng Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vât U = f(T, V) Có 2 cách làm biến đổi nội năng của vật Thực hi[.]
Trang 1CHƯƠNG VI: CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
I Nội năng
Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt
độ và thể tích của vât U = f(T, V)
Có 2 cách làm biến đổi nội năng của vật:
Thực hiện công và truyền nhiệt
II Nhiệt lượng
1 Công thức tính nhiệt lượng:
2 1 ( )
Q mc t mc t= ∆ = −t
trong đó:
Q: nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa ra.(J)
c: nhiệt dung riêng của chất cấu tạo nên
vật (J/kg.K)
m: khối lượng của vật
∆t: độ biến thiên nhiệt độ
t1: nhiệt độ ban đầu t2: nhiệt độ lúc sau
Vật nhận nhiệt lượng: ∆ = −t t2 t1
Vật truyền nhiệt lượng: ∆ = −t t1 t2
2 Phương trình cân bằng nhiệt:
Qthu + Qtỏa = 0 hay Q thu =Q toa
III Công của chất khí khi dãn nở
2 1
A p V= −V = ∆p V (với p = hằng số)
IV Nguyên lý I của nhiệt động lực học
1. Biểu thức: ∆ = +U Q A
∆U: Độ biến thiên nội năng của hệ
+ ∆U > 0: nội năng tăng
+ ∆U < 0: nội năng giảm
Q là nhiệt lượng trao đổi giữa hệ và môi trường
A: công do hệ thực hiện
Quy ước dấu của Q và A
+ Q > 0: hệ nhận nhiệt
+ Q < 0: hệ truyền nhiệt (hệ tỏa nhiệt)
+ A > 0: hệ nhận công
+ A < 0: hệ thực hiện công (hệ sinh công)
2. Nguyên lí I NĐLH trong các quá trình biến đổi trạng thái:
Quá trình đẳng tích: (∆ = ⇒ =V 0 A 0)⇒ ∆U= Q Quá trình đẳng nhiệt: (∆U= 0) ⇒ Q = -A
Quá trình đẳng áp: Q A= + ∆U
Quá trình biến đổi theo 1 chu trình kín thì: ∆U
= 0
V. Hiệu suất của động cơ nhiệt:
1 2 2
1
A H
−
1 2 2
1
H
−
kế bằng đồng thau có khối lượng 0,1kg chứa 0,2kg nước ban đầu ở nhiệt độ 200C Nhiệt độ của hệ khi có sự cân bằng nhiệt là 240C Tính nhiệt dung riêng c của vật A Biết nhiệt dung riêng của đồng thau và của nước là: c2 = 3,8.102J/kg.độ, c3=4200J/kg.độ
vào nhiệt lượng kế một quả cân bằng đồng có khối lượng 0,5kg ở 1000C Nhiệt độ khi cân bằng là 300C Tìm khối lượng của nhiệt lượng kế và nước Cho nhiệt dung riêng của nhôm, nước, đồng lần lượt là: C1 = 880J/kg.độ; C2 = 4200J/kg.độ; C3 = 380J/kg.độ
a Ngoại lực tác dụng công 150J lên hệ, hệ truyền nhiệt lượng 50J ra môi trường b Hệ thực hiện công 100J và nhận nhiệt lượng 60J
Tính độ biến thiên nội năng của hệ trong từng quá trình?
nóng đẳng áp đến nhiệt độ t2 = 870C Tính công của khí thực hiện được?
nóng đẳng áp đến nhiệt độ t2 = 570C Tính công do khí thực hiện
Trang 2Bài 6: Một lượng khí lí tưởng biến đổi theo 3 quá trình biểu diễn ở hình bên Điền những con
số vào chỗ trống trong bảng sau đây:
(1)→(2) -45J
(2)→(3) -180J -230J
Bài 7: Một bình nhôm có khối lượng 0,5kg chứa 0,118kg nước ở nhiệt độ 20oC Người ta thả vào bình một miếng sắt có khối lượng 0,2kg đã được đun nóng tới nhiệt độ 75oC 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
Bài 8: Một nhiệt lượng kế bằng đồng thau có khối lượng 128g chứa 210g nước ở nhiệt độ
8,4oC Người ta thả một miếng kim loại có khối lượng 192g đã đun nóng tới nhiệt độ 100oC vào nhiệt lượng kế Xác định nhiệt dung riêng của miếng kim loại, biết nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 21,5oC.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
Bài 9: Thả một quả cầu bằng nhôm khối lượng 0,105kg được đun nóng tới 1420C vào một cốc đựng nước ở 200C, biết nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 420C Tính khối lượng của nước trong cốc, biết nhiệt dung riêng của nhôm là 880J/kg.K và của nước là 4200J/kg.K
Bài 10: Một cốc nhôm có khối lượng 120g chứa 400g nước ở nhiệt độ 24oC Người ta thả vào cốc nước một thìa đồng khối lượng 80g ở nhiệt độ 100oC Xác định nhiệt độ của nước trong cốc khi có sự cân bằng nhiệt Biết nhiệt 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
Bài 11: Một nhiệt lượng kế bằng đồng khối lượng m1 = 100g có chứa m2 = 375g nước ở nhiệt
độ 25oC Cho vào nhiệt lượng kế một vật bằng kim loại khối lượng m3 =400g ở 90oC Biết nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 30oC Tìm nhiệt dung riêng của miếng kim loại Cho biết nhiệt dung riêng của đồng là 380 J/Kg.K, của nước là 4200J/Kg.K
Bài 12: Thả một quả cầu bằng nhôm khối lượng 0,105 Kg được nung nóng tới 142oC vào
một cốc nước ở 20oC Biết nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 42oC Tính khối lượng nước trong cốc Biết nhiệt dung riêng của nhôm là 880 J/Kg.K và của nước là 4200 J/Kg.K
Bài 13: một bình kín chứa 2g khí lý tưởng ở 200C được đun nóng đẳng tích để áp suất khí tăng lên 2 lần
a Tính nhiệt độ của khí sau khi đun
b Tính độ biến thiên nội năng của khối khí, cho biết nhiệt dung riêng đẳng tích khí là 12, 3.10 3
J/kg.K
Bài 14: Một động cơ nhiệt lý tưởng hoạt động giữa hai nguồn nhiệt 100oC và 25,4oC, thực hiện công 2kJ
a Tính hiệu suất của động cơ, nhiệt lượng mà động cơ nhận từ nguồn nóng và nhiệt lượng mà
nó truyền cho nguồn lạnh
b Phải tăng nhiệt độ của nguồn nóng lên bao nhiêu để hiệu suất động cơ đạt 25%?
Bài 15: Một máy hơi nước có công suất 25KW, nhiệt độ nguồn nóng là t1 = 2200C, nguồn lạnh là t2 = 620C Biết hiệu suất của động cơ này bằng 2/3 lần hiệu suất lí tưởng ứng với 2
P
T 2
1 3
Trang 3nhiệt độ trên Tính lượng than tiêu thụ trong thời gian 5 giờ Biết năng suất tỏa nhiệt của than
là q = 34.106J
Bài 16: một khối khí có áp suất p = 100N/m2 thể tích V1 = 4m3, nhiệt độ t1 = 270C được nung nóng đẳng áp đến nhiệt độ t2 = 870C Tính công do khí thực hiện
Bài 18: Một khối khí có thể tích 10 lít ở áp suất 2.105N/m2 được nung nóng đẳng áp từ 30oC đến 1500C Tính công do khí thực hiện trong quá trình trên
Trắc nghiệm
Câu 1 Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun nóng 5 kg nước từ nhiệt độ 20 0C lên 100 0C Biết nhiệt dung riêng của nước là 4,18.103 J/kg.K A 1672.103 J B. 1267.103 J C.
3344.103 J D. 836.103 J
Câu 2 Biết nhiệt dung của nước xấp xỉ là 4,18.103 J/(kg.K) Nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 kg nước ở 200C sôi là
A. 8.104 J B. 10 104 J C 33,44 104 J D. 32.103J
Câu 3 Tính nhiệt lượng tỏa ra khi 1 miếng sắt có khối lượng 2 kg ở nhiệt độ 500 0C hạ xuống còn 40 0C Biết nhiệt dung riêng của sắt là 478 J/kg.K
A. 219880 J B 439760 J C. 879520 J D. 109940 J
Câu 4 Thả một quả cầu bằng nhôm khối lượng 0.21 kg được nung nóng đến 2000C vào cốc đựng nước ở 300C Sau một thời gian, nhiệt độ của nước và quả cầu đều bằng 500C Tính khối lượng nước trong cốc Biết nhiệt dung riêng của nhôm là 880J/kg.K, nhiệt dung riêng của nước
là 4200 J/kg.K A.3,30kg B. 7,50kg C. 0,21kg D 0,33kg
Câu 5 Người ta thả một miếng đồng có khối lượng m1 = 0,2 kg đã được đốt nóng đến nhiệt độ t1
vào một nhiệt lượng kế chứa m2 = 0,28 kg nước ở nhiệt độ t2 = 200C Nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt là t3 = 800C Biết nhiệt dung riêng của đồng và nước lần lượt là c1 = 400 J/(kg.K), c2 = 4200 J/(kg.K) Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với nhiệt lượng kế và với môi trường Nhiệt độ ban đầu t1 của đồng là: A.9260C B 9620C C. 5300C. D. 5030C
Câu 6 Một bình nhôm khối lượng 0,5kg chứa 118 g nước ở nhiệt độ 200C Người ta thả vào bình một miếng sắt khối lượng 0,2 kg đã được nung nóng tới nhiệt độ 750C Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường ngoài Nhiệt dung riêng của nhôm, nước và sắt lần lượt là 896 J/(kg.K), 4180 (J/kg.K), (460 J/kg.K) Nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt là:
A.270C B.300C C.330C D 250C
Câu 7 Một viên đạn bằng đồng bay với vận tốc 500 m/s tới xuyên qua một tấm gỗ Khi vừa ra khỏi tấm gỗ, vận tốc của viên đạn là 300 m/s Hỏi nhiệt độ của viên đạn tăng lên bao nhiêu khi
nó bay ra khỏi tấm gỗ Biết nhiệt dung riêng của đồng là 386 J/(kg.K) Nếu coi viên đạn không trao đổi nhiệt với bên ngoài thì nhiệt độ của viên đạn sẽ tăng thêm là
A.520C B 2070C C. 1000C D. 4800C
Câu 8 Một viên đạn bằng bạc đang bay với vận tốc 200 m/s thì va chạm vào một bức tường gỗ
và nằm yên trong bức tường Nhiệt dung riêng của bạc là 234 J/(kg.K) Nếu coi viên đạn không trao đổi nhiệt với bên ngoài thì nhiệt độ của viên đạn sẽ tăng thêm bao nhiêu độ ?
A.580C B. 1710C C 850C D. 2500C
Câu 9 Một quả bóng khối lượng 100 g rơi từ độ cao 10 m xuống sân và nảy lên được 7 m Độ biến thiên nội năng của quả bóng trong quá trình trên bằng
Câu 10 Nếu thực hiện công 676 J để nén đẳng nhiệt một lượng khí thì độ biến thiên nội năng của khí và nhiệt lượng khí toả ra trong quá trình này là
Trang 4A. ΔU = 676 J ; Q’ = 0 B ΔU = 0 ; Q' = 676 J
C. ΔU = 0 ; Q’ = -676 J D. ΔU = -676 J ; Q' = 0
Câu 11 Người ta truyền cho khí trong xilanh nhiệt lượng 100J Khí nở ra thực hiện công 70J đẩy pittông lên Độ biến thiên nội năng của khí là
Câu 12 Người ta truyền cho khí trong xy lanh nhiệt lượng 100 J Khí nở ra sinh công 70 J đẩy pittong lên Tính biến thiên nội năng của khí
A.ΔU = 30 J B.ΔU = 170 J C.ΔU = 100 J D.ΔU = -30 J
Câu 13 Người ta thực hiện công 100 J để nén khí trong một xilanh Tính độ biến thiên nội năng của khí, biết khí truyền ra môi trường xung quanh nhiệt lượng 20 J
Câu 14 Người ta truyền cho khí trong xi lanh một nhiệt lượng 200 J Khí nở ra và thực hiện công 140 J đẩy pit-tông lên Tính độ biến thiên nội năng của khí
A. 340 J B. 200 J C. 170 J D 60 J
Câu 15 Người ta thực hiện công 1000 J để nén khí trong một xilanh Tính độ biến thiên của khí, biết khí truyền ra môi trường xung quanh nhiệt lượng 400 J?
A.∆U = -600 J B.∆U = 1400 J C.∆U = - 1400 J D.∆U = 600 J
Câu 16 Người ta thực hiện một công 60 kJ để nén đẳng nhiệt một lượng khí Độ biến thiên nội năng và nhiệt lượng do khí tỏa ra là
A. ΔU = -60 kJ và Q = 0 B. ΔU = 60 kJ và Q = 0
C ΔU = 0 và Q = 60 kJ D. ΔU = 0 và Q = -60 kJ
Câu 17 Một khối khí lí tưởng chứa trong một xilanh có pit-tông chuyển động được Lúc đầu khối khí có thể tích 20 dm3, áp suất 2.105 Pa Khối khí được làm lạnh đẳng áp cho đến khi thể tích còn 16 dm3 Tính công mà khối khí thực hiện được
A. 400 J B. 600 J C 800 J D. 1000 J
Câu 18 Một lượng không khí nóng được chứa trong một xilanh cách nhiệt đặt nằm ngang
có pit-tông có thể dịch chuyển được Không khí nóng dãn nở đẩy pit-tông dịch chuyển Nếu không khí nóng thực hiện một công có độ lớn là 4000 J, thì nội năng của nó biến thiên một lượng
Câu 19 Người ta cung cấp một nhiệt lượng 1,5 J cho chất khí đựng trong một xilanh đặt nằm ngang Khí nở ra đẩy pittông di chuyển đều một đoạn 5 cm Biết lực ma sát giữa pittông và xilanh có độ lớn 20 N Tính độ biến thiên nội năng của khí
A.∆U = 0,5 J B.∆U = 2,5 J C ∆U = - 0,5 J D.∆U = -2,5 J
Câu 20 Người ta cung cấp một nhiệt lượng 1,5J cho chất khí đựng trong một xilanh có khối lượng m = 600g đặt nằm ngang Khí nở ra đẩy pittông từ trạng thái nghỉ di chuyển 5cm với gia tốc 5m/s2 Biết lực ma sát giữa pittông và xilanh có độ lớn 20 N Tính độ biến thiên nội năng của khí
A.∆U = -0,35J B.∆U = 1,15J C.0,35 J D.∆U = -0,5 J
Câu 21 Người ta truyền một nhiệt lượng 100J cho một lượng khí có thể tích 6 lít trong một xilanh hình trụ thì khí dãn nở đẩy pit-tông đi lên, thể tích khí lúc sau là 8 lít Xem quá trình là đẳng áp với án suất 2.104Pa Độ biến thiên nội năng của khí bằng
Câu 22 Một lượng khí trong một xilanh hình trụ bị nung nóng, khí nở ra đẩy pit-tông lên làm thể tích tăng thêm 0,02m3 và nội năng biến thiên 1280J Xem quá trình là đẳng áp ở áp suất 2.105Pa Nhiệt lượng đã truyền cho khí là A.2720J B.1280J C.5280J D.4000J
Câu 23 Trong một xilanh chứa một lượng khí có áp suất p = 100N/m2 thể tích V1 = 4m3, nhiệt độ t1= 570C được nung nóng đẳng áp đến nhiệt độ t2 = 870C Khí dãn nở đẩy pit-tông dịch
Trang 5chuyển đều Công do khí thực hiện được có độ lớn bằng
A.60J B. 21.5J C 36,4J D. 40J
Câu 24 Trong một xilanh chứa một lượng khí có áp suất p = 100N/m2 thể tích V1 = 4m3, nhiệt độ
t1= 570C được nung nóng đẳng áp đến nhiệt độ t2 = 870C Khí dãn nở đẩy pit-tông dịch chuyển đều Biết nội năng của khối khí tăng thêm 100J Nhiệt lượng đã truyền cho khối khí bằng cách nung nóng là A.63,6J B. 36,4J C 136,4J D. 100J