10.6.1. NỘI NĂNG – SỰ BIẾN ĐỔI NỘI NĂNG | VUI HỌC LÝ

Trạng thái khí Trạng thái lỏng Trạng thái rắn

Trong trạng thái cấu tạo chất:

• Các phân tử luôn chuyển động không ngừng nên mỗi phân tử đều có động năng.
• Các phân tử có lực tương tác hút và đẩy nên mỗi phân tử đều có thế năng tương tác.

I. NỘI NĂNG

Trong nhiệt động lực học, nội năng của một vật bằng tổng động năng và thế năng của tất cả các phân tử cấu tạo nên vật.

Kí hiệu: U.

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

U = f(T,V)

Chú ý, đôi khi, nội năng còn được gọi là nhiệt năng.

II. HAI CÁCH LÀM THAY ĐỔI NỘI NĂNG CỦA MỘT VẬT

1. Thực hiện công 

Cọ xát miếng kim loại trên mặt bàn, miếng kim loại nóng lên thì nội năng của nó tăng. Nén khối khí trong xi-lanh làm thể tích khí giảm, đồng thời nhiệt độ tăng, tức nội năng của khí đã thay đổi.

Trong quá trình thực hiện công ở trên, cơ năng đã chuyển hóa sang nội năng.

2. Truyền nhiệt 

Nhúng miếng kim loại vào nước nóng thì miếng kim loại nóng lên nên nội năng của nó tăng. Hơ nóng xi-lanh chứa khí, nhiệt độ và thể tích của khối khí tăng, nội năng của khối khí thay đổi.

Quá trình làm thay đổi nội năng bằng cách cho vật tiếp xúc với nguồn nhiệt (không có sự thực hiện công) gọi là quá trình truyền nhiệt.

• Nhiệt lượng Q là số đo độ biến thiên của nội năng ΔU trong quá trình truyền nhiệt (phần nội năng của vật tăng thêm hay giảm bớt đi trong quá trình truyền nhiệt).

Q = ΔU

(ΔU = U – U0)

• Nhiệt lượng Q mà vật thu vào hay tỏa ra khi nhiệt độ thay đổi từ t0 sang t:

Q = mcΔt = mc(t – t0)

Q : nhiệt lượng (J).

m : khối lượng (kg).

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

Δt = t – t0 : độ biến thiên nhiệt độ (oC hoặc K).

– Vật nhận nhiệt (nhiệt độ tăng, nội năng tăng): Q>0.

– Vật tỏa nhiệt (nhiệt độ giảm, nội năng giảm): Q<0.

• Phương trình cân bằng nhiệt của hệ vật không trao đổi nhiệt với bên ngoài:

Q1 + Q2 + … + Qn = 0

m1c1(t-t01) + m2c2(t-t02) + … + mncn(t-t0n) = 0

(t là nhiệt độ của hệ khi có sự cân bằng nhiệt)

Chú ý, ngoài 2 cách làm thay đổi nội năng ở trên, nội năng của một vật còn có thể thay đổi thông qua bức xạ nhiệt với các tia bức xạ hồng ngoại mà mắt người không nhìn thấy!

III. BÀI TẬP MẪU 

6.2. Một thùng nhôm khối lượng 1,2 kg đựng 4,0 kg nước ở 90oC. Tìm nhiệt lượng tỏa ra khi nhiệt độ hạ xuống còn 30oC. Biết nhiệt dung riêng của nhôm và của nước lần lượt là 0,92 kJ/kg.K, 4,186 kJ/kg.K.

Hướng dẫn

mnhôm = 1,2 kg; mnước = 4,0 kg cnhôm = 0,92 kJ/kg.K = = 0,92.103 J/kg.K cnước = 4,186 kJ/kg.K = 4,186.103 J/kg.K t0 = 90oC; t = 30oC. Qtỏa = ?

Qtỏa = Qnhôm + Qnước

Qtỏa = mnhômcnhôm(t- t0) + mnướccnước(t- t0)

Qtỏa = 1,2.0,92.103(30-90) + 4,0.4,186.103.(30-90)

Qtỏa = – 1070880 J = – 1,07.106 J.

6.3. Một bình nhôm khối lượng 0,5 kg chứa 4,0 kg nước ở nhiệt độ 20oC. Người ta thả vào bình một miếng sắt có khối lượng 0,2 kg đã được nung nóng tới 500oC. Xác định nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt. Bỏ qua sự tỏa nhiệt của hệ ra môi trường bên ngoài. Cho biết nhiệt dung riêng của nhôm là 896 J/kg.K, của nước là 4,18.103 J/kg.K, của sắt là 0,46.103 J/kg.K.

Hướng dẫn

mnhôm = 0,5 kg; mnước = 4,0 kg; msắt = 0,2 kg cnhôm = 896 J/kg.K; cnước = 4,18.103 J/kg.K; csắt = 0,46.103 J/kg.K t0nhôm = t0nước =20oC; t0sắt = 500oC. tcân bằng = t = ?

Phương trình cân bằng nhiệt:

Qnhôm + Qnước + Qsắt = 0

mnhômcnhôm(t- t0nhôm) + mnướccnước(t- t0nước) + msắtcsắt(t- t0sắt) = 0

0,5.896.(t-20) + 4,0.4,18.103.(t-20) + 0,2.0,46.103(t-500) = 0

Đs: t = 22,6oC.

Chia sẻ:

• Facebook
• X

Thích Đang tải...