Thay đổi nội năng bằng cách truyền nhiệt

VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 10 bài viết Nội năng và sự biến thiên nội năng, nhằm giúp các em học tốt chương trình Vật lí 10.

Nội dung bài viết Nội năng và sự biến thiên nội năng: §1. NỘI NĂNG VÀ SỰ BIẾN THIÊN NỘI NĂNG I. Trọng tâm kiến thức Nội năng: Nội năng của vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Chú ý: Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật U = f(T;V) Độ biến thiên nội năng: là phần nội năng tăng thêm hay giảm bớt đi trong một quá trình. Có hai cách làm thay đổi nội năng: 1. Thực hiện công Ví dụ: Làm nóng miếng kim loại bằng ma sát Thực hiện công: ∆ = U A Với chất khí lí tưởng: A pV U Trong đó: p là áp suất của khí ∆V là độ biến thiên thể tích (m3) 2. Truyền nhiệt 2.1. Quá trình truyền nhiệt Quá trình làm thay đổi nội năng không có sự thực hiện công gọi là quá trình truyền nhiệt. Ví dụ: làm nóng miếng kim loại bằng cách nhúng vào nước nóng 2.2. Nhiệt lượng Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng. Nhiệt lượng mà một lượng chất rắn hoặc lỏng thu vào hay toả ra khi nhiệt độ thay đổi được tính theo công thức: Q mc t Nhiệt lượng: Số đo độ biến thiên của nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng: U Q. Trong đó: Q – là nhiệt lượng thu vào hay tỏa ra (J) m – là khối lượng (kg) c – là nhiệt dung riêng của chất ∆t – là độ biến thiên nhiệt độ (°C hoặc °K) Chú ý: Cách đổi đơn vị áp suất. II. Ví dụ minh hoạ Ví dụ 1: Để xác định nhiệt dung riêng của 1 kim loại, người ta bỏ vào nhiệt lượng kế chứa 500g nước ở nhiệt độ 15°C một miếng kim loại có m = 400g được đun nóng tới 100°C. Nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 20°C. Tính nhiệt dung riêng của kim loại. Bỏ qua nhiệt lượng làm nóng nhiệt lượng kế và không khí. Lời giải: Nhiệt lượng tỏa ra Nhiệt lượng thu vào: Đáp án C. Study tips: Chú ý công thức tính nhiệt lượng Q mc t Ví dụ 2: Một ấm đun nước bằng nhôm có m = 350g, chứa 2,75kg nước được đun trên bếp. Khi nhận được nhiệt lượng 650KJ thì ấm đạt đến nhiệt độ 60°C. Hỏi nhiệt độ ban đầu của ấm, biết CAl = 880 J/kg.K Lời giải: Nhiệt lượng thu vào: Nhiệt lượng ấm nhôm đựng nước nhận được Đáp án B. Ví dụ 3: Để xác định nhiệt dung riêng của một chất lỏng, người ta đổ chất lỏng đó vào 20g nước ở 100°C. Khi có sự cân bằng nhiệt, nhiệt độ của hỗn hợp nước là 37,5°C, mh h 140g. Biết nhiệt độ ban đầu của nó là 20°C Nhiệt dung riêng của chất lỏng trên là: A. 2000 J/Kg.K B. 4200 J/Kg.K C. 5200J/Kg.K D. 2500J/Kg.K. Lời giải: Nhiệt lượng tỏa ra Nhiệt lượng thu vào Đáp án D. Ví dụ 4: Để xác định nhiệt độ của 1 cái lò, người ta dựa vào một miếng sắt m = 22,3g. Khi miếng sắt có nhiệt độ bằng nhiệt độ của lò, người ta lấy ra và thả ngay vào nhiệt lượng kế chứa 450g nước ở 15°C, nhiệt độ của nước tăng lên tới 22,5°C. Xác định nhiệt độ của lò. Lời giải: Nhiệt lượng tỏa ra Nhiệt lượng thu vào Đáp án A. Ví dụ 5: Một cốc nhôm m = 100g chứa 300g nước ở nhiệt độ 20°C. Người ta thả vào cốc nước một thìa đồng khối lượng 75g vừa rút ra từ nồi nước sôi 100°C. Xác định nhiệt độ của nước trong cốc khi có sự cân bằng nhiệt. Bỏ qua các hao phí nhiệt ra ngoài. Lấy Cu A. 25°C B. 50°C C. 21,7°C D. 27,1°C Lời giải: III. Bài tập rèn luyện kỹ năng Câu 1: Điều nào sau đây là đúng khi nói về các cách làm thay đổi nội năng của một vật? A. Nội năng của vật có thể biến đổi bằng hai cách: thực hiện công và truyền nhiệt. B. Quá trình làm thay đổi nội năng có liên quan đến sự chuyển dời của các vật khác tác dụng lực lên vật đang xét gọi là sự thực hiện công. C. Quá trình làm thay đổi nội năng không bằng cách thực hiện công gọi là sự truyền nhiệt. D. Các phát biểu A, B, C đều đúng. Câu 2: Phát biểu nào sau đây về nội năng là không đúng? A. Nội năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác. B. Nội năng là nhiệt lượng vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt. C. Nội năng của một vật có thể tăng lên, giảm đi. D. Nội năng của khí lí tưởng không phụ thuộc vào thể tích, mà phụ thuộc vào nhiệt độ Câu 3: Khi truyền nhiệt cho một khối khí thì khối khí có thể: A. tăng nội năng và thực hiện công B. giảm nội năng và nhận công C. cả A và B đúng D. cả A và B sai Câu 4: Một vật khối lượng m, có nhiệt dung riêng c, nhiệt độ đầu và cuối là t1 và t2. Công thức Q cm t t dùng để xác định: A. nội năng. B. nhiệt năng. C. nhiệt lượng. D. năng lượng. Câu 5: Đơn vị của nhiệt dung riêng trong hệ SI là: A. J/g độ. B. J/kg độ. C. kJ/kg độ. D. cal/g độ. Câu 6: 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.

Câu 7: 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 hoặc giảm đi. Câu 8: Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun nóng 5 kg nước từ nhiệt độ 20°C lên 100°C. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4,18.103 J/kg.K. Câu 9: Tính nhiệt lượng tỏa ra khi 1 miếng sắt có khối lượng 2 kg ở nhiệt độ 500°C hạ xuống còn 40°C. Biết nhiệt dung riêng của sắt là 478J/kg.K. A. 219880 J. B. 439760 J. C. 879520 J. D. 109940 J. Câu 10: Người ta bỏ 1 miếng hợp kim chì và kẽm có khối lượng 50g ở t = 136°C vào 1 nhiệt lượng kế có nhiệt dung là 50 J/K chứa 100g nước ở 14°C. Xác định khối lượng của kẽm và chì trong hợp kim trên, biết nhiệt độ khi cân bằng trong nhiệt lượng kế là 18°C. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài.

A.LÍ THUYẾT

I. Nội năng.

1. Nội năng

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

Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật : U = f(T, V)

2. Độ biến thiên nội năng.

Là phần nội năng tăng thêm hay giảm bớt đi trong một quá trình.

II. Hai cách làm thay đổi nội năng.

1. Thực hiện công.

Qúa trình ngoại lực tác dụng lên vật sinh công làm biến đổi nội năng của vật gọi là quá trình thực hiện công.

Trong quá trình thực hiện công thì có sự chuyển hó từ một dạng năng lượng khác sang nội năng.

Ví dụ: Làm nóng miếng kim loại bằng ma sát

2. Truyền nhiệt.

a) Quá trình truyền nhiệt.

Quá trình làm thay đổi nội năng không có sự thực hiện công gọi là quá trình truyền nhiệt.

Ví dụ: làm nóng miếng kim loại bằng cách nhúng vào nước nóng

b) Nhiệt lượng.

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

∆U = Q

Nhiệt lượng mà một lượng chất rắn hoặc lỏng thu vào hay toả ra khi nhiệt độ thay đổi được tính theo công thức :

Q = mct

Trong đó: Q: nhiệt lượng thu vào hoặc tỏa ra (J)

m: khối lượng của chất (kg)

C: nhiệt dung riêng của chất (J/kg.K)

: độ biến thiên nhiệt độ ( 0C hay K)

B.BÀI TẬP

DẠNG:BÀI TOÁN VỀ SỰ TRUYỀN NHIỆT GIỮA CÁC VẬT

Phương pháp

+ Xác định nhiệt lượng toả ra và thu vào của các vật trong quá trình truyền nhiệt thông qua biểu thức:

Q = mct

     +Viết phương trình cân bằng nhiệt: Qtoả = Qthu

     + Xác định các đại lượng theo yêu cầu của bài toán.

Lưu ý: + Nếu ta sử dụng biểu thức t = ts – tt thì Qtoả = – Qthu

     + Nếu ta chỉ xét về độ lớn của nhiệt lượng toả ra hay thu vào thì Qtoả = Qthu, trong trường hợp này, đối với vật thu nhiệt thì t = ts – tt còn đối với vật toả nhiệt thì t = tt – ts