Bài viết Công thức tính độ biến thiên nội năng hay, chi tiết Vật Lí lớp 10 hay nhất gồm 4 phần: Định nghĩa, Công thức, Kiến thức mở rộng và Bài tập minh họa áp dụng công thức trong bài có lời giải chi tiết giúp học sinh dễ học, dễ nhớ Công thức tính độ biến thiên nội năng 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:
5. Bài tập bổ sung
Bài 1: Trong các cách sau đây, cách nào không làm thay đổi nội năng của vật?
A. Cho vật lại gần ngọn lửa đèn cồn.
B. Làm lạnh vật.
C. Nâng vật lên cao.
D. Cọ xát vật trên mặt sàn.
Bài 2: Một bình nhôm có khối lượng 0,6 kg chứa 0,2 kg nước ở nhiệt độ 30oC. Người ta thả vào bình một miếng sắt có khối lượng 0,25 kg đã được đun nóng tới nhiệt độ 80oC. Xác định nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt? Cho biết nhiệt dung riêng của nhôm là 920 J/kg.K; nhiệt dung riêng của nước là 4180 J/kg.K và nhiệt dung riêng của sắt là 460 J/kg.K. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường xung quanh.
Bài 3: Để xác định nhiệt độ của một lò nung, người ta đưa vào trong lò một miếng sắt có khối lượng 100 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 1000 g nước ở nhiệt độ 15oC. Khi đó nhiệt độ của nước tăng lên đến 25oC, 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:
A. 900oC.
B. 920oC.
C. 950oC.
D. 980oC.
Bài 4: Một nhiệt lượng kế bằng đồng thau có khối lượng 150 g chứa 250 g nước ở nhiệt độ 10oC. Người ra thả một miếng kim loại có khối lượng 200 g đã đun nóng tới nhiệt độ 100oC vào nhiệt lượng kế. Xác định nhiệt dung riêng của miếng kim loại, biết nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 22oC. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường xung quanh và biết nhiệt dung riêng của đồng thau là 128 J/kg.K và của nước là 4180 J/kg.K.
Bài 5: Một quả bóng có khối lượng 500 g rơi từ độ cao 10 m xuống sân và nảy lên được 7 m. Độ biến thiên nội năng của quả bóng là bao nhiêu? Lấy g = 10m/s2
A. 12 J.
B. 15 J.
C. 18 J.
D. 21 J.
Bài 6: Một ấm đun nước bằng nhôm có khối lượng 400 g chứa 3 kg nước được đun trên bếp. Khi nhận được nhiệt lượng 700 kJ thì ấm đạt đến nhiệt độ 65oC. Hỏi nhiệt độ ban đầu của ấm,biết nhiệt dung riêng của nhôm là 880 J/kg.K và của nước là 4180 J/kg.K? (Chọn đáp án gần đúng nhất)
A. 7,7oC.
B. 8,7oC.
C. 9,7oC.
D. 10,7oC.
Bài 7: Một viên đạn đại bác có khối lượng 12 kg khi rơi tới đích có vận tốc 20 m/s. Nếu toàn bộ động năng của nó biến thành nội năng thì nhiệt lượng tỏa ra lúc va chạm vào khoảng:
A. 1200 J.
B. 2000 J.
C. 2400 J.
D. 3000 J.
Bài 8: Chọn đáp án đúng trong các đáp án dưới đây?
A. Nội năng là nhiệt lượng.
B. Một vật lúc nào cũng có nội năng do đó lúc nào cũng có nhiệt lượng.
C. Nội năng của một hệ nhất định phải có thế năng tương tác giữa các hạt cấu tạo nên hệ.
D. Nhiệt lượng truyền cho hệ chỉ làm tăng động năng của chuyển động nhiệt của các hạt cấu tạo nên hệ.
Bài 9: Để xác định nhiệt dung riêng của chất lỏng, người ra đổ chất lỏng đó vào 25 g nước ở nhiệt độ 100oC. Khi có sự cân bằng nhiệt, nhiệt độ của hỗn hợp nước là 35oC, khối lượng hỗn hợp là 155 g. Biết nhiệt độ ban đầu của nó là 25oC, nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.K. Nhiệt dung riêng của chất lỏng trên là:
A. 2500 J/kg.K.
B. 3550 J/kg.K.
C. 5250 J/kg.K.
D. 6150 J/kg.K.
Bài 10: Nội năng của một vật là:
A. Tổng nhiệt lượng và cơ năng mà vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt và thực hiện công.
B. Tổng động năng và thế năng của vật.
C. Tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật.
D. Nhiệt lượng vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt.
Xem thêm các Công thức Vật Lí lớp 10 quan trọng hay khác:
-
Công thức tính nhiệt lượng hay, chi tiết
-
Công thức tính ứng suất hay, chi tiết
-
Công thức tính suất đàn hồi hay, chi tiết
-
Công thức nở dài hay, chi tiết
-
Công thức nở khối hay, chi tiết
