Trọn bộ Công thức Vật Lí lớp 10 Chương 6: Cơ sở của nhiệt động lực học quan trọng

---

---

Trọn bộ Công thức Vật Lí lớp 10 Chương 6: Cơ sở của nhiệt động lực học quan trọng

Nhằm mục đích giúp học sinh dễ dàng nhớ và nắm vững các công thức Vật Lí lớp 10, VietJack biên soạn tài liệu trọn bộ công thức Vật Lí 10 Chương 6: Cơ sở của nhiệt động lực học đầy đủ công thức quan trọng, lý thuyết và bài tập tự luyện giúp học sinh vận dụng và làm bài tập thật tốt môn Vật Lí lớp 10.

• Công thức tính độ biến thiên nội năng hay, chi tiết

• Công thức tính nhiệt lượng hay, chi tiết

---

---

---

Công thức tính độ biến thiên nội năng hay, chi tiết

1. Khái niệm

- Trong nhệt động lực học, nội năng của một 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).

- Trong nhiệt động lực học người ta không quan tâm đến nội năng của vật mà quan tâm đến độ biến thiên nội năng ∆U (phần nội năng tăng thêm lên hay giảm bớt đi trong một quá trình) của vật. Ta có thể làm thay đổi độ biến thiên nội năng bằng các quá trình thực hiện công, truyền nhiệt.

2. Công thức

Nguyên lí I nhiệt động lực học: Độ biến thiên nội năng của một vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được.

∆U = A + Q

Quy ước dấu:

∆U > 0: nội năng tăng; ∆U < 0: nội năng giảm

A > 0: hệ nhận công; A < 0: hệ thực hiện công

Q > 0: hệ nhận nhiệt; Q < 0: hệ truyền nhiệt

3. Kiến thức mở rộng

- Hai cách làm thay đổi nội năng:

+ Thực hiện công:Trong quá trình thực hiện công có sự chuyển hóa từ một dạng năng lượng khác (ví dụ: cơ năng) sang nội năng.

∆U = A (A > 0: Vật nhận công)

Cọ sát một vật vào tấm gỗ, ma sát làm vật nóng lên, quá trình thực hiện công này có sự chuyển hóa cơ năng sang nội năng

+ Truyền nhiệt: Trong quá trình truyền nhiệt không có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác, chỉ có sự truyền nội năng từ vật này sang vật khác. Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng.

∆U = Q = mc.∆t

 Trong đó:

+ Q là nhiệt lượng thu vào hay tỏa ra (J)

Q > 0: Vật nhận nhiệt lượng (thu)

Q < 0: Vật truyền nhiệt lượng (tỏa) 

+ m là khối lượng chất (kg)

+ c là nhiệt dung riêng của chất (J/kg.K)

+ ∆t là độ biến thiên nhiệt độ (^oC hoặc K)

Bỏ đá vào cốc nước, nội năng của nước truyền cho đá làm đá tan.

Chú ý: 

Nguyên lí II nhiệt động lực học: Nhiệt không thể truyền từ một vật sang vật nóng hơn.

4. Ví dụ minh họa

Bài 1: Người ta thực hiện công 200 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 40 J.

Lời giải

Hệ khí nhận công => A = 200J

Khí truyền ra môi trường xung quanh nhiệt lượng 40 J => Q = - 40J

Theo nguyên lí I nhiệt động lực học, ta có: 

ΔU = A + Q = 200 – 40 = 160 J.

Bài 2: Một bình kín chứa 2g khí lí tưởng ở 20°C 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 12,3.10³ J/kg.K.

Lời giải

a. 

Trạng thái 1: (p₁; T₁ = 20 + 273 = 293 K)

Trạng thái 2: (p₂ = 2p₁; T₂)

Áp dụng phương trình đẳng tích, ta được:

b. Ta có: t₁ = 20 ⁰C

Theo nguyên lí I nhiệt động lực học, ta có: ΔU = A + Q.

Vì đây là quá trình đẳng tích nên:

Công thức tính nhiệt lượng hay, chi tiết

1. Khái niệm

- Nhiệt lượng là số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt.

- Nhiệt lượng của một vật cần thu vào để làm vật nóng lên phụ thuộc vào ba yếu tố:

+ Khối lượng của vật,

+ Độ tăng nhiệt độ của vật,

+ Chất cấu tạo nên vật.

- Nhiệt dung riêng của một chất cho biết nhiệt lượng cần truyền cho 1 kg chất đó để nhiệt độ tăng thêm 1⁰C (1K). Kí hiệu là c (J/kg.K).

2. Công thức

- Công thức tính nhiệt lượng vật nhận được từ vật khác hay tỏa ra cho vật khác:

 ΔU =  Q.

Trong đó:

+  ΔU  là độ biến thiên nội năng của vật trong quá trình truyền nhiệt (J)

+ Q là nhiệt lượng vật nhận được từ vật khác hay tỏa ra cho vật khác (J)

Q > 0: Vật nhận nhiệt lượng (thu)

Q < 0: Vật truyền nhiệt lượng (tỏa) 

- Công thức tính nhiệt lượng mà một lượng chất rắn hoặc chất lỏng thu vào hay tỏa ra khi nhiệt độ thay đổi:

Q = mc.Δt

Trong đó:

+ Q là nhiệt lượng thu vào hay tỏa ra (J)

+ m là khối lượng chất (kg)

+ c là nhiệt dung riêng của chất (J/kg.K)

+ Δt là độ biến thiên nhiệt độ (^oC hoặc K)

3. Kiến thức mở rộng

- Từ công thức trên, ta có thể tính:

- Phương trình cân bằng nhiệt:

∑Q_tỏa = ∑Q_thu

=> m.c. Δt = m’.c’. Δt’

=> m.c.(t₁ – t) = m’.c’.(t – t₂)

Trong đó:

+ Q_thu là tông nhiệt lượng của các vật thu vào (J)

+ Q_tỏa là tông nhiệt lượng của các vật tỏa ra (J)

+ t₁ là nhiệt độ ban đầu của vật 1 (^oC hoặc K) (t₁ > t)

+ t₂ là nhiệt độ ban đầu của vật 2 (^oC hoặc K)

+ t là nhiệt độ khi cân bằng (^oC hoặc K) (t > t₂)

+ m là khối lượng vật 1 (kg)

+ m’ là khối lượng vật 2 (kg)

+ c là nhiệt dung riêng của vật 1 (J/kg.K)

+c’ là nhiệt dung riêng của vật 2 (J/kg.K)

- Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu như sau:

Q = q.m

Trong đó:

+ Q là nhiệt lượng tỏa ra, đơn vị là Jun (J)

+ q là năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu (J/kg)

+ m là khối lượng của nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn (kg).

4. Ví dụ minh họa

Bài 1Một cốc nhôm m = l00g 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 c_Al = 880 J/kg.K, c_Cu = 380 J/kg.K, c_H2O = 4190 J/kg.K.

Lời giải

Nhiệt lượng tòa ra của đồng là: 

Q_cu = m_cu.c_cu (t₂ − t) = 2850 − 28,5t

Nhiệt lượng thu vào của nước và nhôm là: 

Q_H2O = m_H2O.c_H2O(t – t₁) = 1257.t − 25140

Q_Al = m_Al.c_Al(t – t₁) = 88.t − 1760 

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt:

 Q_tỏa = Q_thu => 2850 − 28,5t = 1257.t − 25140 + 88.t − 1760 => t = 21,7°C

Bài 2: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/kg.K chứa l00g 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 nên ngoài, c_Zn = 377 J/kg.K, c_Pb = 126 J/kg.K, c_H2O = 4180J/kg.K

Lời giải

Theo bài ra ta có: m_Zn + m_Pb = 0,05 kg (1)

Nhiệt lượng tỏa racủa kẽm và chì: 

Q_Zn = m_Zn.C_Zn (t₁ − t) =m_Zn.377.(136 – 18) = 44486m_Zn

Q_Pb = m_Pb.C_Pb (t₁ − t) = m_Pb.126.(136-18) = 14868m_Pb

Nhiệt lượng thu vào của nước và nhiệt lượng kế:

Q_H2O = m_H2O.c_H2O(t – t₂) = 1672 J

Q_NLK = c_NLK (t – t₂) = 200 J

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt:

Q_tỏa = Q_thu=> 39766m_Zn + 14868m_Pb = 1672 + 200 = 1872  (2)

Từ (1) và (2) => m_Zn= 0,045kg; m_Pb = 0,005 kg

....................................

....................................

....................................

Trên đây là phần tóm tắt một số công thức Vật Lí lớp 10 Chương 6: Cơ sở của nhiệt động lực học năm học 2021 - 2022 quan trọng, để xem chi tiết mời quí bạn đọc vào từng công thức trên!

Xem thêm các bài tổng hợp Công thức Vật Lí lớp 10 đầy đủ, chi tiết khác:

• Chương 3: Cân bằng và chuyển động của vật rắn
• Chương 4: Các định luật bảo toàn
• Chương 5: Chất khí
• Chương 7: Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể

---

---

---