Nội Năng Của Một Vật Là Gì? Sự Biến Thiên Của Nội Năng

Share

Nội năng và sự biến thiên nội năng là một trong những kiến thức cơ bản mà các em sẽ được học trong chương trình Vật Lớp 10. Để giúp các em học tốt nội dung này,  Chúng tôi đã tổng hợp một số kiến thức lý thuyết trọng tâm liên quan đến nội năng và chia sẻ đến các em qua bài viết dưới đây.

Các Nội Dung Chính

• Nội năng là gì?
• Sự biến thiên nội năng
• Cách làm thay đổi nội năng
• Bài tập vận dụng

Nội năng là gì?

Nội năng của một vật là năng lượng có bên trong của một vật được xác định bằng tổng của 2 dạng năng lượng là động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật đó.

Nội năng được ký hiệu là U và đơn vị tính là Jun (J).

Những Món Đồ Cực Kỳ Cần Thiết Cho Mẹ và Bé Yêu Đang MIỄN PHÍ Vận Chuyển và Giảm Tới 50%
Khăn Che Bé Bú Đa Năng Mua Ngay	Yếm Ăn Dặm Chống Thấm Mua Ngay	Đai Đi Xe Máy Cho Bé Mua Ngay	Dép Tập Đi Chống Ngã Mua Ngay

Nội năng của một vật chịu sự chi phối của thể tích cũng như nhiệt độ của vật đó.

U = f(T, V).

Sự biến thiên nội năng

Sự biến thiên nội năng chính là quá trình thay đổi nội năng của một vật.

Các vật thể được cấu tạo từ các hạt cơ bản, bao gồm hạt electron, nơtron, proton. Các hạt này chuyển động không ngừng tạo nên động năng của phân tử, giữa chúng có khoảng cách nên sinh ra thế năng của phân tử. Từ đó, năng lượng bên trong của một vật được hình thành.

Độ biến thiên nội năng ký hiệu là ∆U và được hiểu là sự tăng thêm hoặc giảm bớt phần năng lượng bên trong của một vật trong một quá trình biến thiên nội năng.

Cách làm thay đổi nội năng

Thay đổi nội năng bằng cách thực hiện công

Trong quá trình thực hiện công, một dạng năng lượng khác có thể chuyển hóa thành nội năng. Chẳng hạn, khi các em cọ xát một miếng kim loại trên mặt bàn thì cơ năng sẽ chuyển hóa thành nội năng. 

Trong quá trình ma sát một vật với bề mặt sẽ khiến vật nóng lên sẽ làm biến thiên nội năng.

Thay đổi nội năng bằng cách truyền nhiệt

• Quá trình truyền nhiệt hay sự truyền nhiệt là quá trình làm thay đổi nội năng không có việc thực hiện công hay chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác mà chỉ truyền nội năng từ vật này sang một vật khác. Quá trình truyền nhiệt này làm thay đổi nội năng của vật.
• Nhiệt lượng là đại lượng chỉ số đo độ biến thiên nội năng khi thực hiện quá trình truyền nhiệt.

∆U = Q

Trong đó:

• ∆U: Độ biến thiên nội năng của một vật.
• Q: Nhiệt lượng mà vật nhận được từ vật khác hoặc nhiệt lượng mà vật tỏa ra cho vật khác.

Đối với chất lỏng hoặc rắn, nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào được tính theo công thức dưới đây:

Q = mc∆t

Trong đó:

• Q: Nhiệt lượng tỏa ra/thu vào, đơn vị là J.
• m: Khối lượng của một vật, đơn vị là kg.
• c: Nhiệt dung riêng của vật, đơn vị là J/kg.K.
• ∆t: Độ biến thiên nhiệt độ, đơn vị là độ C hoặc độ K.

Bài tập vận dụng

Bài tập tự luận về nội năng

Bài 1: Một bình nhôm có khối lượng 0,5kg chứa 0,118kg nước ở nhiệt độ 20°C. Người ta thả vào bình một miếng sắt có khối lượng 0,2kg đã được đun nóng tới nhiệt độ 75°C. Xác định nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt.

Cho biết nhiệt dung riêng của nhôm là 920J/kgK; nhiệt dung riêng của nước là 4180J/kgK; và nhiệt dung riêng của sắt là 460J/kgK. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường xung quanh.

Hướng dẫn:

Gọi t là nhiệt độ lúc cân bằng nhiệt.

Nhiệt lượng của sắt toả ra khi cân bằng:

Q1 = mscs(75 – t) = 92(75 – t) (J)

Nhiệt lượng của nhôm và nước thu được khi cân bằng nhiệt:

Q2 = mnhcnh(t – 20) = 460 (t – 20) (J)

Q3 = mncn(t – 20) = 493,24 (t – 20) (J)

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: Qtoả = Qthu

92 (75 – t) = 460(t – 20) + 493,24 (t – 20)

⇔ 92 (75 – t) = 953,24 (t – 20)

Giải ra ta được t ≈ 24,8°C

Bài 2: Một nhiệt lượng kế bằng đồng thau có khối lượng 128g chứa 210g nước ở nhiệt độ 8,4°C. Người ta thả mọt miếng kim loại có khối lượng 192g đã đun nóng tới nhiệt độ 100°C vào nhiệt lượng kế. Xác định nhiệt dung riêng của miếng kim loại, biết nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 21,5°C.

Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường xung quanh và biết nhiệt dung riêng của đồng thau là 128J/kgK và của nước là 4180J/kgK.

Hướng dẫn:

Nhiệt lượng toả ra của miếng kim loại khi cân bằng nhiệt là:

Q1 = mkck(100 – 21,5) = 15,072ck (J)

Nhiệt lượng thu vào của đồng thau và nước khi cân bằng nhiệt là:

Q2 = mđcđ(21,5 – 8,4) = 214,6304 (J)

Q3 = mncn(21,5 – 8,4) = 11499,18 (J)

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: Qtoả = Qthu

15,072ck = 214,6304 + 11499,18

Giải ra ta được ck = 777,2J/kgK.

Bài 3: Một ấm nhôm có khối lượng 250g, đựng 1,5kg nước ở 25°C. Tìm nhiệt lượng cần cung cấp để đung sôi nước trong ấm ( 100°C ). Biết nhiệt dung riêng của nhôm và nước lần lượt là cAl = 920J/kg.K và cn = 4190J/kg.K.

Hướng dẫn:

Gọi t1 là nhiệt độ ban đầu của ấm nhôm và nước(t1 = 25°C)

t2 là nhiệt độ lúc sau của ấm nhôm và nước (t2 = 100°C )

Nhiệt lượng của ấm nhôm thu vào là :

Q1 = m1cAl (t2 – t1) = 0,25.920.(100-25) = 17250 J

Nhiệt lượng của nước thu vào (nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi nước) là :

Q2 = m2cn(t2 – t1) = 1,5.4190.(100-25) = 471375 J

Nhiệt lượng của ấm nước thu vào là :

Q = Q1 + Q2 = 17250 + 471375 = 488626 J

Bài 4: Một ấm nước bằng nhôm có khối lượng 250g,chứa 2 kg nước được đun trên bếp.Khi nhận được nhiệt lượng là 516600 J thì ấm đạt đến nhiệt độ 80°C. Hỏi nhiệt độ ban đầu của ấm là bao nhiêu? biết nhiệt dung riêng của nhôm và nước lần lượt là cAl = 920 J/kgK và cn = 4190 J/kgK.

Hướng dẫn:

Gọi t1 là nhiệt độ ban đầu của ấm nhôm và nước(t1 = ?)

t2 là nhiệt độ lúc sau của ấm nhôm và nước (t2 = 80°C )

nhiệt lượng của ấm nhôm thu vào là :

Q1 = m1cAl (t2 – t1 ) = 0,25.920.(80-t1)

Nhiệt lượng của nước thu vào là :

Q2 = m2cn(t2 – t1) = 2.4190.(80-t1)

Nhiệt lượng của ấm nước thu vào (nhiệt lượng cần cung cấp để ấm đạt đến 800C) là :

Q = Q1 + Q2 = 516600

⇔ 516600 = 0,25.920.(80-t1) + 2.4190.(80-t1)

⇒ t1 = 20°C

Bài 5: Môṭ cốc nhôm có khối lươṇ g 120g chứ a 400g nước ở nhiêṭ đô ̣ 24°C. Người ta thả vào cốc nước môṭ thìa đồng khối lươṇ g 80g ở nhiêṭ đô ̣ 100°C. Xác định nhiệt độ của nước trong cốc khi có sự cân bằng nhiệt. Biết nhiêṭ dung riêng của nhôm là 880 J/Kg.K, của đồng là 380 J/Kg.K và của nước là 4,19.103. J/Kg.K.

Hướng dẫn:

Gọi t là nhiệt độ lúc cân bằng.

Nhiệt lượng do thìa đồng tỏa ra là: Q1= m1 c1 (t1 – t).

Nhiệt lượng do cốc nhôm thu vào là: Q2= m2 c2 (t – t2).

Nhiệt lượng do cốc nước thu vào là: Q3= m3 c3 (t- t3).

Theo phương trình cân bằng nhiệt:

Q1= Q2 + Q3.

⇔ m1 c1 (t1 – t) = m2 c2 (t – t2 ) + m3 c3 (t- t3).

Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Tìm phát biểu sai.

A. Nội năng là một dạng năng lượng nên có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác

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

C. Nội năng chính là nhiệt lượng của vật.

D. Nội năng của vật có thể tăng hoặc giảm.

Câu 2: Cách nào sau đây không làm thay đỏi nội năng của vật?

A. Cọ xát vật lên mặt bàn.

B. Đốt nóng vật.

C. Làm lạnh vật.

D. Đưa vật lên cao.

Câu 3: Tìm phát biểu sai.

A. Tác động lên hệ một công có thể làm thay đổi cả tổng động năng chuyển động nhiệt của các hạt tạo nên vật và thế năng tương tác giữa chúng.

B. Nội năng của một hệ nhất định phải có thế năng tương tác giữa các hạt tạo nên hệ. C. Độ biến thiên nội năng của một vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được

D. Trong quá trình đẳng nhiệt, độ tăng nội năng của hệ bằng nhiệt lượng mà hệ nhận được

Câu 4: Trường hợp làm biến đổi nọi năng không do thực hiện công là?

A. Đun nóng nước bằng bếp.

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

C. Nén khí trong xilanh.

D. Cọ xát hai vật vào nhau.

Câu 5: Một quả bóng khối lượng 200 g rơi từ độ cao 15 m xuống sân và nảy lên được 10 m. Độ biến thiên nội năng của quả bóng bằng (lấy g = 10 m/s2)

A. 10 J.

B. 20 J.

C. 15 J.

D. 25 J.

Câu 6: Một viên đạn đại bác có khối lượng 10 kg khi rơi tới đích có vận tốc 54 km/h. Nếu toàn bộ động năng của nó biến thành nội năng thì nhiệt lượng tỏa ra lúc va chạm vào khoảng

A. 1125 J.

B. 14580 J.

C. 2250 J.

D. 7290 J.

Câu 7: Một lượng không khí nóng được chứa trong một xilanh cách nhiệt đặt nằm ngang có pit-tông có thể dịch chuyển được. Không khí nóng dãn nở đẩy pit-tông dịch chuyển. Nếu không khí nóng thực hiện một công có độ lớn là 2000 J thì nội năng của nó biến đổi một lượng bằng

A. 2000 J.

B. – 2000 J.

C. 1000 J.

D. – 1000 J.

Câu 8: Trong một quá trình nung nóng đẳng áp ở áp suất 1,5.105 Pa, một chất khí tăng thể tích từ 40 dm3 đến 60 dm3 và tăng nội năng một lượng là 4,28 J. Nhiệt lượng truyền cho chất khí là

A. 1280 J.

B. 3004,28 J.

C. 7280 J.

D. – 1280 J.

Câu 9: Để xác định nhiệt độ của một lò nung, người ta đưa vào trong lò một miếng sắt có khối lượng 50 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 900 g nước ở nhiệt độ 17°C. Khi đó nhiệt độ của nước tăng lên đến 23°C, 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. 796°C.

B. 990°C.

C. 967°C.

D. 813°C.

Câu 10: Nội năng của một vật là

A. tổng động năng và thế năng của vật.

B. tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật.

C. nhiệt lượng vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt. D. tổng nhiệt lượng và cơ năng mà vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt và thực hiện công.

Câu 11: Câu nào sau đây nói về nội năng là SAI?

A. Nội năng là một dạng năng lượng

B. Nội năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác

C. Nội năng là nhiệt lượng

D. Nội năng của một vật có thể tăng lên, giảm đi

Câu 12: Câu nào sau đây nói về nhiệt lượng là SAI?

A. Nhiệt lượng không phải là nội năng.

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

C. Nhiệt lượng là số đo độ tăng nội năng của vật trong quá trình truyền nhiệt.

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

Câu 13: Câu nào sau đây là đúng?

A. Nội năng của một hệ nhất định phải có thế năng tương tác giữa các hạt cấu tạo nên hệ.

B. Nhiệt lượng truyền cho hệ chỉ làm tăng động năng của chuyển động nhiệt của các hạt cấu tạo nên hệ.

C. Công tác động lên hệ có thể làm thay đổi cả tổng động năng chuyển động nhiệt của các hạt cấu tạo nên hệ và thế năng tương tác giữa chúng.

D. Nói chung, nội năng là hàm của nhiệt độ và thể tích, nên trong mọi trường hợp nếu thể tích của hệ đã thay đổi thì nội năng của hệ phải thay đổi.

Câu 14: Trường hợp nào dưới đây làm biến đổi nội năng không do thực hiện công?

A. Mài dao. B. Đóng đinh. C. Khuấy nước. D. Nung sắt trong lò.

Câu 15: Thả một quả cầu bằng nhôm khối lượng 0,105kg được đun nóng tới 142°C vào một cốc đựng nước ở 20°C, biết nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 42°C. Tính khối lượng của nước trong cốc, biết nhiệt dung riêng của nhôm là 880J/kg.K và của nước là 4200J/kg.K.

A. 0,1kg B. 0,2kg C. 0,3kg D. 0,4kg

TRẢ LỜI:

Câu 15

Nội năng của một vật là:

1. A. Tổng động năng và thế năng của vật.
2. B. Tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật.
3. C. Tổng nhiệt lượng và cơ năng mà vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt và thực hiện công.
4. D. Nhiệt lượng vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt.

Đáp án: B

Nội năng của vật là dạng năng lượng bao gồm động năng phân tử (do các phân tử chuyển động nhiệt) và thế năng phân tử (do các phân tử tương tác với nhau).

U = Wđpt­ + Wtpt

Động năng phân tử Wđpt phụ thuộc vào nhiệt độ

Thế năng phân tử Wtpt phụ thuộc và thể tích.

5/5 - (3 votes)

Nếu ba mẹ thấy hữu ích hãy chia sẻ:

• Email

Related