Lí thuyết Trong chủ đề này, học sinh cần nắm được các khái niệm : công, nhiệt lượng, nội năng, hiệu suất của động cơ nhiệt, hiệu năng của máy lạnh, hiểu rõ nội dung các nguyên lí I, II
Trang 1GV Nguyễn Đức Hiệp - Trường THPT Trần Đại Nghĩa
CÂU H Ỏ I ÔN T Ậ P
CHƯƠNG VII CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
(Các câu hỏi hoặc bài tập có kí hiệu (*) dùng cho chương trình Vật lí 10 nâng cao)
A Lí thuyết
Trong chủ đề này, học sinh cần nắm được các khái niệm : công, nhiệt lượng, nội năng, hiệu suất của động cơ nhiệt, hiệu năng của máy lạnh, hiểu rõ nội dung các nguyên lí I,
II Nhiệt động lực học
1 Nguyên lí I nhiệt động lực học
• Nội năng là dạng năng lượng bên trong hệ, chỉ phụ thuộc vào trạng thái của hệ Nội năng bao gồm tổng động năng chuyển động nhiệt của các phân tử cấu tạo nên
hệ và thế năng tương tác giữa các phân tử đó Vì vậy, nội năng phụ thuộc vào nhiệt
độ và thể tích
• Có hai cách làm biến đổi nội năng : thực hiện công và truyền nhiệt lượng
• Nguyên lí I : ∆U = Q + A
Độ biến thiên nội năng của hệ bằng tống đại số nhiệt lượng và công mà hệ nhận được
Q = mc∆T với quy ước : Q > 0 hệ nhận nhiệt lượng ; Q < 0 hệ toả nhiệt lượng
(C Q T
=
∆ (J/K) là nhiệt dung của vật;
c
∆ (J/kg.K) là nhiệt dung riêng của chất làm nên vật)
A = p(V1 – V2) với quy ước : A > 0 hệ nhận công; A < 0 hệ sinh công
Nguyên lí II nhiệt động lực học
• Động cơ nhiệt là thiết bị biến đổi nhiệt lượng sang công
• Động cơ nhiệt hoạt động theo nguyên tắc : tác nhân nhận nhiệt
lượng Q1 từ nguồn nóng biến một phần thành công A và toả phần nhiệt lượng còn lại Q2 cho nguồn lạnh
Hiệu suất của động cơ nhiệt : H =
1
A
Q =
1
Q
−
• Máy lạnh là một thiết bị dùng để lấy nhiệt từ vật này truyền sang vật khác nóng hơn nhờ nhận công từ các vật ngoài
Hiệu năng của máy lạnh :
−
Q1 là nhiệt lượng mà tác nhân toả ra cho nguồn nóng
Q2 là nhiệt lượng lấy đi từ nguồn lạnh
• Nguyên lí II nhiệt động lực học phát biểu : nhiệt không thể tự nó truyền từ vật lạnh sang vật nóng
Trang 2TỔ VẬT LÍ - Trường THPT Trần Đại Nghĩa
• Cac-nô đã chứng minh :
Động cơ nhiệt có hiệu suất cao nhất là H = 1 2
1
T
−
Máy lạnh có hiệu năng cao nhất : 2
T
ε =
T1 là nhiệt độ nguồn nóng ; T2 là nhiệt độ nguồn lạnh
Lưu ý :
• Nguyên lí I nói lên định luật bảo toàn năng lượng : một hệ không thể thực hiện
công mà không cung cấp nhiệt lượng cho nó Trước đây người ta cho rằng có thể
có các động cơ tự nó thực hiên công mãi mãi mà không cần cung cấp năng lượng
Vì vậy, nguyên lí I còn phát biểu : không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu loại 1
• Nguyên lí II nói lên chiều của quá trình Trước đây người ta cho rằng có thể chế
tạo động cơ nhận nhiệt lượng và biến đổi hoàn toàn thành công cơ học với hiệu suất 100% Vì vậy, nguyên lí II còn phát biểu : không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu loại 2
B Bài tập
nhận được khi nhiệt độ của hệ giảm đến 20oC Nội năng của hệ tăng hay giảm ? Nhiệt dung riêng của nhôm và của nước lần lượt là 920 J/kg.K và 4200 J/kg.K
ĐS : 1,58 MJ; nội năng giảm
khối chì và nhiệt dung riêng của chì
ĐS : c = 130 J/kg.K
3 Một khối khí thể tích 1 l, dãn nở đẳng áp p = 2.105 N/m2 , thể tích tăng gấp đôi Trong quá trình này, khối khí nhận thêm một nhiệt lượng 600 J Tính độ biến thiên nội năng của khối khí
ĐS : 400 J
4 Một khối khí dãn nở đẳng nhiệt từ 4 lít đến 6 l khi nhận được nhiệt lượng 500 J Tính áp suất trung
bình trong quá trình này ?
ĐS : 250 000 N/m2
5 Một khối khí nhận được nhiệt lượng 600 J trong điều kiện thể tích không đổi Tính độ biến thiên nội
năng của khối khí ?
ĐS : 600 J
6 Tính công của khối khí thực hiện trong
chu trình kín được mô tả trên hình bên
ĐS : 2400 J
nhiệt lượng cho nguồn lạnh có nhiệt độ 1270C Tính công của động cơ ?
Trang 3GV Nguyễn Đức Hiệp - Trường THPT Trần Đại Nghĩa
ĐS : 0,85 MJ
nhiệt độ là 25oC
a) Tính hiệu năng của máy
b) Cần bao nhiêu công để tải 1 J từ nguồn lạnh đến nguồn nóng ?
ĐS : a) ε = 8,9; b) A = 0,11 J
9. Một động cơ hoạt động theo chu trình Cac-nô hấp thụ nhiệt lượng 400 kJ ở 550 K và toả ra nhiệt
lượng 300 kJ
a) Tính hiệu suất động cơ
b) Tính nhiệt độ nguồn lạnh
ĐS : a) H = 25% ; b) T2 = 412 K
a) Tính nhiệt độ hơi nước đi ra
b) Khi hiệu suất lên 40%, nhiệt độ hơi nước đi ra là bao nhiêu ?
ĐS : a) 105,4o
C ; b) t2 = 10,8oC
hoạt động với chu trình Cac-nô thì hiệu năng là bao nhiêu ?
ĐS : ε = 5,7
cơ đang hoạt động với bao nhiêu phần trăm công suất cực đại ?
ĐS : 41,15% công suất cực đại
một công suất 120 kW Tính nhiệt lượng mà động cơ nhận được và toả ra trong 1giờ
ĐS : Q2 = 432.106 J
môi trường 27oC Nhiệt lượng toả ra có lưu lượng là 350 kJ/min Cho biết hiệu năng của máy bằng một nửa hiệu năng cực đại
a) Tính lưu lượng nhiệt lấy từ hầm đông lạnh
b) Tính công suất hoạt động của máy
ĐS : a) Q2 = 267 kJ/min ; b) P = 1,37 kW
*15.Một ô tô sử dụng động cơ nhiệt Động cơ làm việc giữa hai nguồn nhiệt: nguồn nóng có nhiệt độ
T1 = 600 K, nguồn lạnh có nhiệt độ T2 = 300 K Cho rằng hiệu suất thực của động cơ bằng nửa hiệu suất của động cơ nhiệt lí tưởng Biết công suất trung bình của động cơ ô tô là P = 60 mã lực, ô tô tiêu thụ khối lượng m = 40 kg nhiên liệu khi chuyển động trên quãng đường thẳng nằm ngang, chiều dài quãng đường là s = 250 km Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu là q = 11200 kcal/kg Cho 1 mã lực (1 HP) = 750 W, 1 cal = 4,2 J Tính vận tốc trung bình của xe ô tô
ĐS : v = 24 m/s