Nguyên lí I nhiệt động lực học là sự vận dụng
ệỡnh luẺt bờo toộn vộ chuyÓn hoị nẽng lđĩng vộo cịc hiỷn tđĩng nhiỷt.
XĐt mét hỷ cã trao ệữi cềng vộ nhiỷt lđĩng vắi cịc vẺt ngoội, ệđĩc chuyÓn tõ trỰng thịi 1 sang trỰng thái 2 (biểu diễn trên đồ thị p − V ở Hình 58.3).
Kí hiệu ΔUlà độ biến thiên nội năng của hệ :
trong đó U1là nội năng ở trạng thái đầu, U2là nội năng ở trạng thái cuối.
Theo ệỡnh luẺt bờo toộn nẽng lđĩng, néi nẽng cựa hỷ tẽng mét lđĩng ΔUthừ cịc vẺt khịc phời mÊt mét lđĩng nẽng lđĩng ệóng bỪng nhđ thạ, lđĩng nẽng lđĩng Êy ệđĩc ệo bỪng nhiỷt lđĩng Qvộ cềng A mộ hỷ nhẺn ệđĩc :
(58.1) trong đó : ΔUlà độ biến thiên nội năng của hệ,
Qvà Alà các giá trị đại số.
−Nạu Q> 0, hỷ nhẺn nhiỷt lđĩng
−Nạu Q< 0, hỷ nhờ nhiỷt lđĩng
−Nếu A> 0, hệ nhận công
−Nếu A< 0, hệ sinh công.
ΔU= Q+ A
2 1
U U U
Δ = −
Phđểng trừnh (58.1) lộ biÓu thỡ toịn hảc cựa nguyến lÝ I nhiỷt ệéng lùc hảc. Nã ệđĩc phịt biÓu nhð sau :
Độ biến thiên nội năng của hệ bằng tổng đại số nhiỷt lđĩng vộ cềng mộ hỷ nhẺn ệđĩc.
Cã thÓ biạn ệữi phđểng trừnh (58.1) sang dỰng sau : (58.2) Nhđ vẺy : Nhiỷt lđĩng truyÒn cho hỷ lộm tẽng néi năng của hệ và biến thành công mà hệ sinh ra.
Trong phđểng trừnh (58.2) thừ (−A) lộ cềng mộ hệ sinh ra cho bên ngoài.
Q= ΔU −A
ởđây, ta trình bày nguyên lí I nhð là hệ quả của định luật bảo toàn vộ chuyÓn hoị nẽng lđĩng, song thực ra nguyên lí I là một sự khái quát hoá các kết quả thực nghiệm.
ChÝnh vừ vẺy nã mắi ệđĩc gải lộ nguyên lí. Nguyên lí này đóng góp vào sự hình thành định luật bảo toàn vộ chuyÓn hoị nẽng lđĩng.
1. Nội năng là gì ? Nó phụ thuộc những thông số nào của hệ ? Nêu hai cách làm biến đổi nội năng ? 2. Nêu ý nghĩa của thí nghiệm Jun.
3. Tại sao có thể nói rằng nguyên lí Inhiệt động lực học là sự vận dụng định luật bảo toàn và chuyển hoị nẽng lđĩng vộo cịc hiỷn tđĩng nhiỷt ?
1. Mét ngđêi cã khèi lđĩng 60 kg nhờy tõ cẵu nhờy ẻ ệé cao 5 m xuèng mét bÓ bểi. TÝnh ệé biạn thiến néi nẽng cựa nđắc trong bÓ bểi. Bá qua cịc hao phÝ nẽng lđĩng thoịt ra ngoội khèi nđắc trong bÓ bơi. Lấy g= 10 m/s2.
2. Mét cèc nhềm khèi lđĩng 100 g chụa 300 g nđắc ẻ nhiỷt ệé 20oC. Ngđêi ta thờ vộo cèc nđắc mét chiạc thừa ệăng khèi lđĩng 75 g võa rót ra khái năi nđắc sềi ẻ 100oC. Xịc ệỡnh nhiỷt ệé cựa nđắc trong cốc khi có sự cân bằng nhiệt. Bỏ qua các hao phí nhiệt ra ngoài. Nhiệt dung riêng của nhôm lộ 880 J/kg.ệé, cựa ệăng lộ 380 J/kg.ệé vộ cựa nđắc lộ 4,19.103J/kg.ệé.
3. Ngđêi ta cả xịt mét miạng sớt dứt khèi lđĩng 100 g trến mét tÊm gẫ. Sau mét lịt thừ thÊy miạng sớt nãng lến thếm 12oC. Hái ngđêi ta ệở tèn mét cềng lộ bao nhiếu ệÓ thớng ma sịt, giờ sỏ rỪng 40% cềng ệã ệđĩc dỉng ệÓ lộm nãng miạng sớt ? Cho biạt nhiỷt dung riếng cựa sớt lộ 460 J/kg.ệé.
bài tập c©u hái
ThÝ nghiỷm cựa Jun vÒ sù tđểng ệđểng giọa cềng vộ nhiỷt lđĩng
Theo lỡch sỏ vẺt lÝ thừ con ngđêi ệở phời mÊt khị nhiÒu thêi gian mắi phịt hiỷn ra sù tđểng
ệđểng giọa cềng vộ nhiỷt lđĩng. Vộo nỏa ệẵu thạ kử XIX nhiÒu nhộ bịc hảc vẺt lÝ, trong ệã cã nhộ bịc hảc ngđêi Anh Jun ệở tiạn hộnh nhiÒu thÝ nghiỷm ệÓ chụng minh sù tđểng ệđểng nãi trến vộ ệÓ từm ra mét hỷ thục ệỡnh lđĩng giọa chóng. Trđắc ệã, cềng vộ nhiỷt lđĩng ệđĩc
ệo bỪng nhọng ệển vỡ khịc nhau. Nhiỷt lđĩng ệđĩc ệo bỪng ệển vỡ calo.Calo lộ nhiỷt lđĩng phời cung cÊp cho 1 gam nđắc ệÓ tẽng nhiỷt ệé cựa nã lến 1oC.
Trong khoảng thời gian từ 1840 −1849, Jun đã làm nhiều thí nghiệm và năm 1849 ông
ệở lộm thÝ nghiỷm nữi tiạng ệđĩc mề tờ ẻ Hừnh 58.4.
Hình 58.4Thí nghiệm của Jun
Nhiỷt lđĩng kạ Nệùng chÊt láng. Mét trôc Tcã gớn cịc cịnh Cệđĩc nhóng thỬng ệụng vộo chÊt láng trong nhiỷt lđĩng kạ. Cịc vẺt Mkhi rểi thùc hiỷn cềng lộm quay trôc Tvộ cịc cánh C. Ma sát giữa các cánh Cvới chất lỏng làm cho chất lỏng nóng lên. Nhiệt kế Kcho phĐp theo dâi nhiỷt ệé cựa nhiỷt lđĩng kạ.
ậo nhiÒu lẵn, Jun thÊy rỪng mét cềng Axịc ệỡnh bao giê còng tđểng ệđểng vắi mét nhiỷt lđĩng Qxịc ệỡnh.
Sau ệã ềng ệở rót ra mét hỷ thục tđểng ệđểng giọa cềng vộ nhiỷt, nhê ệã ngđêi ta cã thÓ chuyển đổi qua lại các kết quả đo theo đơn vị calo hay đơn vị công.
Ngộy nay trong hỷ SI ngđêi ta dỉng ệển vỡ jun ệÓ ệo cềng vộ nhiỷt lđĩng. ậđểng lđĩng công của nhiệt là :
1 calo = 4,1868 jun
Em cã biÕt ?
Cịc khÝ vộ hểi thđêng cã mẳt trong cịc quị trừnh kĩ thuật. Mặt khác khi nghiên cứu khí hoặc hơi ngđêi ta hay dỉng mề hừnh khÝ lÝ tđẻng. Do ệã ẻ mục này chúng ta sẽ áp dụng nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học cho một số quá trình của khí lÝ tđẻng.