Nội năng. Định luật 1 của nhiệt động lực học (cách giải + bài tập)

Chuyên đề phương pháp giải bài tập Nội năng. Định luật 1 của nhiệt động lực học lớp 12 chương trình sách mới hay, chi tiết với bài tập tự luyện đa dạng giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Nội năng. Định luật 1 của nhiệt động lực học.

Nội năng. Định luật 1 của nhiệt động lực học (cách giải + bài tập)

1. Phương pháp giải

Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được:

$\Delta \text{U}=\text{A}+\text{Q}$

Quy ước dấu:

• $\Delta \text{U}$ > 0: Nội năng tăng; $\Delta \text{U}$ < 0: Nội năng giảm.

• A > 0: Hệ nhận công; A < 0: Hệ sinh công.

• Q > 0: Hệ nhận nhiệt; Q < 0: Hệ truyền nhiệt.

2. Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1: Vào nhữg ngày nắng, nếu bước vào những căn phòng có tường làm bằng kính cường lực bị đóng kín, ta thường thấy không khí trong phòng nóng hơn so với bên ngoài. Tại sao không khí trong phòng bị nóng hơn so với không khí ngoài trời?

Hướng dẫn:

Vào những ngày nắng, không khí trong phòng nhận nhiệt lượng từ ánh sáng mặt trời (Q > 0). Do phòng đóng kín nên thể tích khí không đổi, khối khí không sinh công (A = 0). Theo định luật 1 của nhiệt động lực học: $\Delta U=A+Q=Q>0$, nên nội năng của khối khí tăng, làm nhiệt độ khí trong phòng tăng cao hơn ngoài trời. Nên trong phòng nóng hơn ngoài trời.

Ví dụ 2: Người ta truyền cho khí trong xi lanh một nhiệt lượng 100 J. Khí nở ra thực hiện công 70 J đẩy pit-tông đi lên. Tính độ biến thiên nội năng của chất khí.

Hướng dẫn:

Người truyền nhiệt lượng cho chất khí → chất khí nhận nhiệt lượng Q > 0.

Chất khí thực hiện công nên A < 0

Độ biến thiên nội năng của chất khí là ∆U = A + Q = -70 + 100 = 30 J.

Ví dụ 3: 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 l.atm tương đương với 101,3 J.

Hướng dẫn:

Từ định luật 1 của nhiệt động lực học, ta có: ∆U = Q + A

Chất khí thực hiện công để thắng được áp suất bên ngoài: A = F.h (h là quãng đường dịch chuyển của pít-tông trong bình, F là lực tác dụng lên pít-tông; F = p.S với p là áp suất tác dụng lên pít-tông, S là tiết diện của bình).

A = F.h = pSh = p∆V = 1.(5 - 10) = -5 l.atm = -506,5 J.

Độ biến thiên nội năng: ∆U = 400 – (–506,5) = 906,5 J

Ví dụ 4: Người ta cung cấp nhiệt lượng 1,5 J cho khối khí đựng trong xilanh nằm ngang. Khí trong xilanh nở ra đẩy pít-tông đi một đoạn 5,0 cm. Tính độ biến thiên nội năng của khối khí. Biết lực ma sát giữa pít-tông và xilanh có độ lớn là 20,0 N.

Hướng dẫn:

A = FS = 20.0,05 = 5 = 1J; ∆U = 1,5 - 1 = 0,5 J.

3. Bài tập tự luyện

Câu 1: Phát biểu nào sau đây về nội năng là không đúng?

A. Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật.

B. Nội năng của một vật có thể bị biến đổi bằng quá trình truyền nhiệt hoặc thực hiện công.

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

D. Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt được gọi là công.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là D

Độ biến thiên nội năng ΔU = A + Q. 

Câu 2: Phát biểu nào sau đây về nhiệt lượng là không đúng?

A. Một vật lúc nào cũng có nội năng do đó lúc nào cũng có nhiệt lượng.

B. Đơn vị của nhiệt lượng cũng là đơn vị của nội năng.

C. Nhiệt lượng không phải là nội năng.

D. Nhiệt lượng là phần nội năng vật tăng thêm hoặc giảm đi khi nhận được từ vật khác hoặc truyền cho vật khác.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là A

Một vật lúc nào cũng có nội năng nhưng chưa chắc đã có nhiệt lượng.

Câu 3: Nội năng của một vật

A. phụ thuộc vào động năng của chuyển động của vật.

B. phụ thuộc vào động năng chuyển động của các phân tử cấu tạo nên vật.

C. bằng không khi vật ở thể rắn.

D. tăng khi vật chuyển động.

Giải

Đáp án đúng là B

Nội năng của một vật phụ thuộc vào động năng chuyển động của các phân tử cấu tạo nên vật.

Câu 4: Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Độ biến thiên nội năng của một vật là độ biến thiên nhiệt độ của vật đó.

B. Nội năng được gọi là nhiệt lượng.

C. Nội năng là phần năng lượng vật nhận được hay mất bớt đi trong quá trình truyền nhiệt.

D. Có thể làm thay đổi nội năng của vật bằng cách thực hiện công.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là D

Có hai cách làm thay đổi nội năng đó là thực hiện công hoặc truyền nhiệt.

Câu 5: Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Nội năng là một dạng năng lượng.

B. Nội năng là một dạng nhiệt lượng.

C. Nội năng của vật A lớn hơn nội năng của vật B thì nhiệt độ của vật A cũng lớn hơn nhiệt độ của vật B.

D. Nội năng của vật chỉ thay đổi trong quá trình truyền nhiệt, không thay đổi trong quá trình thực hiện công.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là A

Nội năng là một dạng năng lượng.

Khi so sánh nhiệt độ của các vật không thể so sánh gián tiếp thông qua nội năng.

Nội năng thay đổi thông qua một trong hai quá trình hoặc cả hai đó là thực hiện công và truyền nhiệt.

Câu 6: Trường hợp nào dưới đây làm biến đổi nội năng không do thực hiện công?

A. Đun nóng nước.                                          

B. Một viên bi bằng thép rơi xuống đất mềm.

C. Cọ xát hai vật với nhau.                              

D. Nén khí trong xilanh.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là A

Đun nóng nước là quá trình thay đổi nội năng bằng cách truyền nhiệt.

Câu 7: Cách nào sau đây không làm thay đổi nội năng của vật?

A. Làm lạnh vật.                                             

B. Đưa vật lên cao.

C. Đốt nóng vật.                                             

D. Cọ xát vật với mặt bàn.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là B

A, C làm thay đổi nội năng bằng cách truyền nhiệt

D làm thay đổi nội năng bằng cách thực hiện công.

Câu 8: Biểu thức mô tả đúng quá trình chất khí vừa nhận nhiệt lượng, vừa nhận công là:

A. $\Delta U=A+Q(A>0,Q<0).$

B. $\Delta U=A+Q(A<0,Q>0).$

C. $\Delta U=A+Q(A>0,Q>0).$

D. $\Delta U=Q(Q>0).$

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là C

Q > 0 vật nhận nhiệt lượng, A > 0 vật nhận công.

Câu 9: Nếu tăng nhiệt độ của một hệ mà không làm thay đổi thể tích của nó thì nội năng của nó

A. tăng.                                                          

B. giảm.                        

C. ban đầu tăng, sau đó giảm.                          

D. luôn không đổi.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là A

Tăng nhiệt độ làm cho chuyển động của các phân tử hệ nhanh hơn, va chạm nhiều hơn, động năng phân tử tăng lên, dẫn đến nội năng tăng.

Câu 10: Nếu làm tăng thể tích của một lượng khí và giữ cho nhiệt độ của lượng khí không đổi thì nội năng của nó

A. tăng                                                           

B. giảm.

C. ban đầu tăng, sau đó giảm.                          

D. luôn không đổi.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là B

Tăng thể tích làm cho khoảng cách giữa các phân tử thay đổi, thế năng phân tử giảm, nội năng giảm.

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí 12 hay, chi tiết khác:

• Các công thức tính nhiệt lượng
• Phương trình cân bằng nhiệt và các quá trình chuyển thể
• Bài tập tính số nguyên tử, phân tử, số mol, khối lượng khí
• Bài tập quá trình đẳng nhiệt – Định luật Boyle
• Bài tập quá trình đẳng áp – Định luật Charles

---