Đốt nóng khối khí trong xi lanh đặt nằm ngang bằng ngọn lửa đèn cồn như hình vẽ. Khí giãn nở đẩy pít - tông từ vị trí (1) đến vị trí (2).
a) Khối khí trong xi lanh nhận nhiệt lượng Q (Q > 0).
b) Khí dãn nở và nhận công A (A > 0).
c) Nội năng của khối khí khi pít - tông ở vị trí (2) là \({\rm{\Delta }}U = A + Q\).
d) Khi khối khí trong xi lanh nhận được một nhiệt lượng 150 J thì khối khí giãn nở làm thể tích tăng từ 20 cm3 đến 30 cm3, biết rằng áp suất của khối khí trong xilanh không đổi và bằng 5.105 PNội năng của khối khí trong quá trình này tăng 145 J.
a) Khối khí trong xi lanh nhận nhiệt lượng Q (Q > 0).
b) Khí dãn nở và nhận công A (A > 0).
c) Nội năng của khối khí khi pít - tông ở vị trí (2) là \({\rm{\Delta }}U = A + Q\).
d) Khi khối khí trong xi lanh nhận được một nhiệt lượng 150 J thì khối khí giãn nở làm thể tích tăng từ 20 cm3 đến 30 cm3, biết rằng áp suất của khối khí trong xilanh không đổi và bằng 5.105 PNội năng của khối khí trong quá trình này tăng 145 J.
Vận dụng kiến thức về nội năng
a) Đúng
b) Sai Khí dãn nở và sinh công A (A < 0).
c) Sai \({\rm{\Delta }}U\) là độ biến thiên nội năng chứ không phải nội năng
d)\(\left| A \right| = Fh = pSh = p{\rm{\Delta }}V = 5 \cdot {10^5} \cdot (30 - 20) \cdot {10^6} = 5{\rm{\;J}} \Rightarrow A = - 5{\rm{\;J}}\)
Độ biến thiên nội năng \({\rm{\Delta }}U = A + Q = 150 - 5 = 145\,J \Rightarrow \) Đúng
Các bài tập cùng chuyên đề
Các hệ thức sau đây mô tả quá trình thay đổi nội năng nào?
1. ∆U = Q khi Q > 0 và khi Q < 0
2. ∆U = A khi A > 0 và khi A < 0
3. ∆U = A + Q khi Q > 0 và A < 0
4. ∆U = A + Q khi Q < 0 và A > 0
Định luật I của nhiệt động lực học có nhiều ứng dụng thực tế, một trong những ứng dụng quan trọng là để chế tạo các loại động cơ nhiệt. Ngoài ra, định luật này còn dùng để giải thích các hiện tượng liên quan đến sự truyên và biến đổi nội năng.
Động cơ nhiệt là động cơ hoạt động dựa trên nguyên tắc biến nội năng của nhiên liệu thành cơ năng.
Mỗi động cơ nhiệt đều có ba bộ phận chính (Hình 2.6a):
- Nguồn nóng có nhiệt độ T1 cung cấp nhiệt lượng cho động cơ.
- Bộ phận phát động trong đó tác nhân nhận nhiệt từ nguồn nóng, giãn nở sinh công
(Trong máy hơi nước, tác nhân là hơi nước; trong động cơ đốt trong, tác nhân là khí do nhiên liệu bị đốt cháy toả ra trong xi lanh).
- Nguồn lạnh có nhiệt độ T2 < T1 nhận nhiệt lượng do động cơ toa ra.
Hãy dựa vào các sơ đồ trong Hình 2.6b, c để trình bày sơ lược về cấu tạo và hoạt động của máy hơi nước và động cơ đốt trong.
Để giải các bài tập Vật lí nhiệt cần đến những kiến thức và công thức cơ bản nào?
Quy ước dấu nào sau đây phù hợp với định luật I của nhiệt động lực học?
A. Vật nhận công: A < 0; vật nhận nhiệt lượng: Q < 0.
B. Vật nhận công: A > 0; vật nhận nhiệt lượng: Q > 0.
C. Vật thực hiện công: A > 0; vật truyền nhiệt lượng: Q > 0.
D. Vật thực hiện công: A > 0; vật truyền nhiệt lượng: Q < 0.
Một lượng nước và một lượng rượu có thể tích bằng nhau được cung cấp các nhiệt lượng tương ứng là Q1 và Q2 . Biết khối lượng riêng của nước là 1 000 kg/m3 và của rượu là 800 kg/m3, nhiệt dung riêng của nước là 4 200 J/kg.K và của rượu là 2 500 J/kg.K. Để độ tăng nhiệt độ của nước và rượu bằng nhau thì:
A. Q1 = Q2
B. Q1 = 1,25 Q2
C. Q1 = 1,68 Q2
D. Q1 = 2.10 Q2
a) Một ấm điện công suất 1 000 W. Tính thời gian cần thiết để đun 300 g nước có nhiệt độ ban đầu là 20 °C đến khi sôi ở áp suất tiêu chuẩn. Tại sao kết quả chỉ được coi là gần đúng?
b) Nếu để nước trong ấm sôi thêm 2 phút thì lượng nước còn lại trong ấm là bao nhiêu? Lấy nhiệt dung riêng và nhiệt hóa hơi riêng của nước là c = 4,2.103 J/kg.K và L = 2,26.106 J/kg.
Dùng bếp điện để đun một ấm nhôm khối lượng 600 g đựng 1,5 lít nước ở nhiệt độ 20 °C. Sau 35 phút đã có 20% lượng nước trong ấm hóa hơi ở nhiệt độ sôi 100 °C. Tính nhiệt lượng trung bình mà bếp điện cung cấp cho ấm nước trong mỗi giây, biết chỉ có 75% nhiệt lượng mà bếp tỏa ra được dùng vào việc đun ấm nước. Biết nhiệt dung riêng của nhôm là 880 J/kg.K, của nước là 4 200 J/kg.K; nhiệt hóa hơi riêng của nước ở nhiệt độ sôi 100 °C là 2,26.106 J/kg. Khối lượng riêng của nước là 1 kg/lít.
Xét trường hợp đun một ấm nước, nhiệt lượng cẩn cung cấp cho nước sẽ thay đổi như thế nào nếu khối lượng của nước càng lớn và độ tăng nhiệt độ của nước càng lớn?
1. Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun 3 lít nước từ nhiệt độ 25 °C lên 100 °C, biết nhiệt dung riêng của nước là 4 180 J/kg.K.
2. Một người thợ rèn nhúng một con dao rựa bằng thép có khối lượng 1,1 kg ở nhiệt độ 850 °C vào trong bể nước lạnh để làm tăng độ cứng của lưỡi dao. Nước trong bể có thể tích 200 lít và có nhiệt độ bằng với nhiệt độ ngoài trời là 27 °C.
Xác định nhiệt độ của nước khi có sự cân bằng nhiệt. Bỏ qua sự truyền nhiệt cho thành bể và môi trường bên ngoài. Biết nhiệt dung riêng của thép là 460 J/kg.K; của nước là 4 180 J/kg.K.
Xét khối khí như trong Hình 3.4, nếu ta vừa dùng tay ấn mạnh và nhanh pit-tông, vừa nung nóng khí bằng ngọn lửa đèn cồn thì nội năng của khí biến thiên như thế nào so với trường hợp không nung nóng? Vận dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng, viết biểu thức liên hệ độ biến thiên nội năng của khối khí với công và nhiệt lượng mà khí nhận được
Giả sử cung cấp cho vật một công là 200 J nhưng nhiệt lượng bị thất thoát ra môi trường bên ngoài là 120 J. Hỏi nội năng của vật tăng hay giảm bao nhiêu?
Hãy giải thích nguyên nhân gây ra sự tăng nhiệt độ trong ô tô ở Hình 3.1. Người ta thường sử dụng biện pháp đơn giản nào để hạn chế sự tăng nhiệt độ không khí trong ô tô trong trường hợp này?
Hệ thức nào dưới đây là phù hợp với quá trình một khối khí trong bình kín bị nung nóng?
A. ∆U = A; A > 0.
B. ∆U = Q; Q > 0.
C. ∆U = A; A < 0.
D. ∆U = Q; Q < 0.
Một người cọ xát một miếng sắt dẹt có khối lượng 150 g trên một tấm đá mài. Sau một khoảng thời gian, miếng sắt nóng thêm 12 °C. Tính công mà người này đã thực hiện, giả sử rằng 40% công đó được dùng để làm nóng miếng sắt. Biết nhiệt dung riêng của sắt là 460 J/kg.K.
Một ấm đun nước bằng nhôm có khối lượng 400 g, chứa 3 lít nước được đun trên bếp. Khi nhận được nhiệt lượng 740 kJ thì ấm đạt đến nhiệt độ là 80 °C. Tính nhiệt độ ban đầu của ấm và nước, biết nhiệt dung riêng của nhôm là 880 J/kg.K, nhiệt dung riêng của nước là 4 180 J/kg.K. Coi nhiệt lượng mà ấm toả ra bên ngoài là không đáng kể.
Mô tả những thay đổi về động năng của các phân tử và nội năng của hệ trong các trường hợp sau:
a) Một tảng băng đang tan ở 0 °C.
b) Lượng nước tan ra từ tảng băng và nhiệt độ tăng từ 0 °C đến 20 °C.
Thực hiện công 100 J để nén khí trong một xilanh thì khí truyền ra môi trường xung quanh nhiệt lượng là 20 J. Xác định độ thay đối nội năng của khí trong xilanh.
Trong quá trình chất khí nhận nhiệt và sinh công thì A và Q trong biểu thức
ΔU = Q + A phải có giá trị nào sau đây ?
Người ta thực hiện công 100J để nén khí trong một xilanh. Biết khí truyền sang môi trường xung quanh nhiệt lượng 20J. Độ biến thiên nội năng của khí là
Một viên đạn đại bác có khối lượng 10 kg khi rơi tới đích có vận tốc 54 km/h. Nếu toàn bộ động năng của nó biến thành nội năng thì nhiệt lượng tỏa ra lúc va chạm vào khoảng
Thả một quả cầu bằng nhôm khối lượng 0,105kg được đun nóng tới 142°C vào một cốc đựng nước ở 20°C, biết nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 42°C. Tính khối lượng của nước trong cốc, biết nhiệt dung riêng của nhôm là 880J/kg.K và của nước là 4200J/kg.K.
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 2000 J thì nội năng của nó biến đổi một lượng bằng
Trong một quá trình nung nóng đẳng áp ở áp suất 1,5.105 Pa, một chất khí tăng thể tích từ 40 dm3 đến 60 dm3 và tăng nội năng một lượng là 4,28 J. Nhiệt lượng truyền cho chất khí là
Để xác định nhiệt độ của một lò nung, người ta đưa vào trong lò một miếng sắt có khối lượng 50 g. Khi miếng sắt có nhiệt độ bằng nhiệt độ của lò, người ta lấy ra và thả nó vào một nhiệt lượng kế chứa 900 g nước ở nhiệt độ 17 °C. Khi đó nhiệt độ của nước tăng lên đến 23 °C, biết nhiệt dung riêng của sắt là 478 J/(kg.K), của nước là 4180 J/(kg.k). Nhiệt độ của lò xấp xỉ bằng
Trong một chu trình của động cơ nhiệt lí tưởng, chất khí thực hiện một công bằng 2.103 J và truyền cho nguồn lạnh một nhiệt lượng bằng 6.103 J. Hiệu suất của động cơ đó bằng
Biểu thức mô tả đúng quá trình chất khi vừa nhận nhiệt lượng, vừa nhận công là:
A. U = A + Q (A>0, Q<0).
B. U = A + Q (A<0, Q>0).
C. U = A + Q (A>0, 0>0).
D. U = Q (Q>0).
Trong quá trình chất khí nhận nhiệt lượng và sinh công thì A và Q trong biểu thức U = Q + A phải thỏa mãn điều kiện nào sau đây?
A. Q<0, A>0.
B. Q>0, A<0.
C. Q>0, A>0.
D. Q<0, A<0.
Đốt nóng khí trong xilanh và giữ sao cho thể tích của khí không đổi. Gọi Q, A và U lần lượt là nhiệt lượng, công và độ tăng nội năng của hệ. Định luật 1 của nhiệt động lực học được viết dưới dạng nào sau đây?
A. Q = U + A.
B. Q = U – A.
C. Q = A.
D. Q = U
Người ta cung cấp nhiệt lượng 100 J cho chất khí trong xilanh. Chất khí nở ra đẩy pít-tông lên và thực hiện một công 70 J. Tìm độ biến thiên nội năng của chất khí.
Một chất khí đựng trong bình hình trụ được lắp một pít-tông có thể chuyển động không ma sát trong bình. Khi hấp thụ một năng lượng nhiệt 400 J từ môi trường bên ngoài, chất khí trong bình giãn nở dưới áp suất bên ngoài không đổi là 1,00 atm từ thể tích 5,00 lít đến 10,0 lít. Xác định độ biến thiên nội năng của khí trong bình. Cho biết 1 atm tương đương với 101,3 J.
