Hướng dẫn các bài tập liên quan đến nhiệt động lực học
Hướng dẫn các bài tập liên quan đến nhiệt động lực học
CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
A: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
I. 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.
\[\Delta \]U = A + Q
Qui ước dấu :
DU> 0: nội năng tăng; DU< 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.
II. Nguyên lí II nhiệt động lực học.
1. Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch.[Đọc thêm]
2. Nguyên lí II nhiệt dộng lực học.
a] Cách phát biểu của Clau-di-út.
Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang một vật nóng hơn.
b] Cách phát biểu của Các-nô.
Động cơ nhiệt không thể chuyển hoá tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học.
B: BÀI TẬP MẪU
Bài 1: Người ta cung cấp nhiệt lượng 1,5J cho chất khí đựng trong 1 xilanh đặt nằm ngang. Chất khí nở ra, đẩy pittông đi một đoạn 5cm. Tính độ biến thiên nội năng của chất khí. Biết lực ma sát giữa pittông và xilanh có độ lớn là 20N.
Hướng dẫn
A = - F.s = - 1J.
$\Delta U=Q+A=0,5J$
| Bài 2: Một lượng khí ở áp suất 3.105Pa có thể tích 8 lít. Sau khi đun nóng đẳng áp khí nở ra và có thể tích 10 lít.
|
Hướng dẫn
a. $\Delta U=Q+A=400J$
b. $A=p.\Delta V=600J$
Bài 3: Một ĐC của xe máy có H = 20%. Sau một giờ hoạt động tiêu thụ hết 1kg xăng có năng suất toả nhiệt là 46.106J/kg. Công suất của động cơ xe máy là bao nhiêu?
Hướng dẫn
Khi 1 kg xăng cháy hết sẽ tỏa ra nhiệt lượng: 46.106J.
$H=\frac{\left| A \right|}{Q}=0,2\Rightarrow \left| A \right|={{92.10}^{5}}J$
P = A / t = 2555,56 W
Bài 4: Một động cơ nhiệt mỗi giây nhận từ nguồn nóng nhiệt lượng 3,6.104J đồng thời nhường cho nguồn lạnh 3,2.104J. Tính hiệu suất của động cơ.
Hướng dẫn
$H=\frac{\left| A \right|}{Q}=\frac{\left| {{Q}_{1}}-{{Q}_{2}} \right|}{Q}=\frac{1}{9}\Rightarrow H=11%$
Bài 5: Người ta cung cấp nhiệt lượng 1,5J cho chất khí đựng trong xilanh đặt nằm ngang. Chất khí nở ra, đẩy pittông đi đoạn 5cm. Tính độ biến thiên nội năng của chất khí. Biết lực ma sát giữa pittông và xilanh có độ lớn 20N.
Hướng dẫn
A = Fc. s = 1 J $\Rightarrow $$\Delta U=Q+A=0,5J$
Bài 6: Khí khi bị nung nóng đã tăng thể tích 0,02m3 và nội năng biến thiên lượng 1280J. Nhiệt lượng đã truyền cho khí là bao nhiêu? Biết quá trình là quá trình đẳng áp ở áp suất 2.105Pa.
Hướng dẫn
$A=p.\Delta V=4000J$ $\Rightarrow $ $\Delta U=Q-A\Rightarrow Q=52800J$
Bài 7: Một khối khí có V = 7,5 lít, p = 2.105Pa, nhiệt độ 270C. Khí được nén đẳng áp nhận công 50J. Tính nhiệt độ sau cùng của khí.
Hướng dẫn
A = p [ V2 – V1 ] = -50 J $\Rightarrow $V2 = 7,5.10-3 m3 $\Rightarrow $T2 = 292K
Bài 8: Bình kín [ dung tích coi như không đổi] chứa 14g N2 ở áp suất 1atm và t = 270C. Khíđược đun nóng, áp suất tăng gấp 5 lần. Nội năng của khí biến thiên lượng là bao nhiêu?, lấy CN = 0,75KJ/ kg.K.
Hướng dẫn
V không đổi \[\Rightarrow A=0\Rightarrow \Delta U=Q\]
Vì quá trình đẳng tích ta có: T2 = 1500K
$\Rightarrow $Q = $m.C.\Delta T$ = 12432J
| Bài 9: Diện tích mặt pittông là 150cm2 nằm cách đáy của xilanh đoạn 30cm, khối lượng khí ở t = 250C, p = 105Pa. Khi nhận được năng lượng do 5g xăng bị đốt cháy tỏa ra, khí dãn nở ở áp suất không đổi, nhiệt độ của nó tăng thêm 500C.
Hướng dẫn giải: |
Hướng dẫn
a.V1 = S.h = 4,5.10-3m3
Vì quá trình đẳng áp $\Rightarrow $V2 = 5,3.10-3m3
A = p.[V2 – V1] = 80J
b. Q1 = 10%.Q = 10%q.m = 22.103 J
$H=\frac{A}{Q}={{3,6.10}^{3}}=0,36%$
Bài 10: Chất khí trong 1 xilanh có p = 8.105Pa. Khi dãn đẳng áp khí sẽ thực hiện 1 công là bao nhiêu? Nếu nhiệt độ của nó tăng lên gấp đôi. Xilanh có tiết diện ngang bên trong là 200cm3 và lúc đầu mặt pittông cách đáy xilanh 40cm.
Hướng dẫn
A = p.[V2 – V1] = 6400J
Với V1 = S.h = 8.10-3m3
Vì quá trình đẳng áp $\Rightarrow $V2 = 0,016m3.
C: BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Câu 1: Công thức mô tả đúng nguyên lí I của nhiệt động lực học là
A. ΔU = A + Q.
B. Q = ΔU + A
C. ΔU = A – Q.
D. Q = A - ΔU.
Câu 2: Trường hợp nội năng của vật bị biến đổi không phải do truyền nhiệt là
A. chậu nước để ngoài nắng một lúc thì nóng lên.
B. gió mùa đông bắc tràn về làm cho không khí lạnh đi.
C. khi trời lạnh, ta xoa hai bàn tay vào nhau cho ấm lên.
D. cho cơm nóng vào bát thì bưng bát cũng thấy nóng.
Câu 3: Phát biểu không đúng với nguyên lí I nhiệt động lực học là
A. Nhiệt lượng mà hệ nhận được sẽ chuyển hóa thành độ biến thiên nội năng của hệ và công mà hệ sinh ra.
B. Công mà hệ nhận được bằng tổng đại số của độ biến thiên nội năng của hệ với nhiệt lượng mà hệ truyền cho môi trường xung quanh.
C. Độ biến thiên nội năng của hệ bằng tổng đại số nhiệt lượng và công mà hệ nhận được.
D. Nhiệt lượng mà hệ truyền cho môi trường xung quanh bằng tổng của công mà hệ sinh ra và độ biến thieen nội năng của hệ.
Câu 4: Biểu thức diễn tả đúng quá trình chất khí vừa nhận nhiệt vừa nhận công là:
- ΔU = Q + A; Q > 0; A < 0.
- B. ΔU = Q; Q > 0.
- ΔU = Q + A; Q < 0; A > 0.
- D. ΔU = Q + A; Q > 0; A > 0.
Câu 5: Công A và nhiệt lượng Q trái dấu với nhau trong trường hợp hệ
A. tỏa nhiệt và nhận công.
B. tỏa nhiệt và sinh công.
C. nhận nhiệt và nhận công.
D. nhận công và biến đổi đoạn nhiệt.
Câu 6: ΔU = 0 trong trường hợp hệ
A. biến đổi theo chu trình.
B. biến đổi đẳng tích.
C. biến đổi đẳng áp
D. biến đổi đoạn nhiệt.
Câu 7: ΔU = Q là hệ thức của nguyên lí I áp dụng cho
A. quá trình đẳng áp.
B. quá trình đẳng nhiệt.
C. quá trình đẳng tích.
D. cả ba quá trình nói trên.
Câu 8: Một viên đạn bằng chì khối lượng m, bay với vận tốc v = 195 m/s, va chạm mềm vào một quả cầu bằng chì cùng khối lượng m đang đứng yên. Nhiệt dung riêng của chì là c = 130 J/kg.K. Nhiệt độ ban đầu của viên đạn và quả cầu bằng nhay. Coi nhiệt lượng truyền ra môi trường là không đáng kể. Độ tăng nhiệt độ của viên đạn và quả cầu là
A. 146oC. B. 73oC.
C. 37oC. D. 14,6oC.
Câu 9: Người ta cung cấp nhiệt lượng cho chất khí đựng trong một xilanh đặt nằm ngang. Chất khí nở ra, đẩy pit-tông đi một đoạn 5 cm và nội năng của chất khí tăng 0,5 J. Biết lực ma sát giữa pit-tông và xilanh là 20 N. Nhiệt lượng đã cung cấp cho chất khí là
A. 1,5 J. B. 25 J.
C. 40 J. D. 100 J.
Câu 10: Công thức nào sau đây là công thức tổng quát của nguyên lý một nhiệt động lực học
A. DU=A+Q. B. DU=Q. C. DU=A. D. A+Q=0.
Câu 11: Trong qúa trình chất khí nhận nhiệt và sinh công thì Q và A trong hệ thức DU=A+Q phải có giá trị nào sau đây?
A. Q < 0 và A > 0. B. Q > 0 và A> 0. C. Q > 0 và A < 0. D. Q < 0 và A < 0.
Câu 12: Nguyên lý hai nhiệt động lưc học là
A. Nhiệt có thể tự truyền nhiệt lượng từ một vật sang vật nóng hơn.
B. Nhiệt không thể tự truyền nhiệt lượng từ một vật sang vật nóng hơn.
C. Nhiệt lượng truyền trực tiếp từ vật nóng sang vật lạnh.
D. Nhiệt lượng truyền gián tiếp từ vật nóng sang vật lanh.
Câu 13: Về mùa hè, người ta có thể dùng máy điều hoà nhiệt độ để truyền nhiệt từ trong phòng ra ngoài trời, mặc dù nhiệt độ ngoài trời cao hơn nhiệt độ trong phòng. Điều này có vi phạm nguyên lý hai không, vì sao?
A. Có vi pham, vì nhiệt không tự truyền được từ vật lạnh sang vật nóng hơn.
B. Không vi phạm, vì quạt gió trong máy điều hoà đã truyền nhiệt từ trong phòng ra ngoài.
C. Có vi phạm vì điều này là không tưởng.
D. Không vi phạm, vì nhiệt tự truyền ra ngoài trời được.
Câu 14: Trường hợp nào sau đây ứng với quá trình đẳng tích khi nhiệt độ tăng?
A. DU= Q với Q >0 ; B. DU = Q + A với A > 0.
C. DU = Q + A với A < 0. D. DU = Q với Q < 0.
Câu 15: Người ta cung cấp cho khí trong một xilanh nằm ngang nhiệt lượng 2 J. Khí nở ra đẩy pit-tông đi một đoạn 5cm với một lực có độ lớn là 20N. Độ biến thiên nội năng của khí là:
A. 1J. B. 0,5J. C. 1,5J. D. 2J.
Câu 16: Người ta thực hiện công 100 J để nén khí trong một xilanh. Độ biến thiên nội năng của khí là bao nhiêu? nếu biết khí truyền ra môi trường xung quanh nhiệt lượng 20J.
A. 80J. B. 100J. C. 120J. D. 20J.
Câu 17: Người ta truyền cho khí trong xilanh nhiệt lượng 100J. Khí nở ra thực hiện công 70J đẩy pittông lên. Độ biến thiên nội năng của khí là
A. 20J. B. 30J. C. 40J. D. 50J..