Ví dụ · Nội năng và định luật I của nhiệt động lực học · Vật lý 12

Ví dụ 1 (nhận công, toả nhiệt)

Một hệ nhận công $200\ \text{J}$ và truyền ra môi trường nhiệt lượng $50\ \text{J}$ . Tính độ biến thiên nội năng.

Giải. $A=+200\ \text{J}$ (nhận công), $Q=-50\ \text{J}$ (toả nhiệt). $\Delta U=A+Q=200-50=150\ \text{J}$ : nội năng tăng $150\ \text{J}$ .

Ví dụ 2 (nhận nhiệt, sinh công)

Khí trong xi-lanh nhận nhiệt $300\ \text{J}$ và dãn ra sinh công $120\ \text{J}$ đẩy pit-tông. Tính $\Delta U$ .

Giải. $Q=+300\ \text{J}$ , $A=-120\ \text{J}$ (sinh công). $\Delta U=-120+300=180\ \text{J}$ .

Ví dụ 3 (đoạn nhiệt)

Nén nhanh khí trong bơm xe đạp, coi không kịp truyền nhiệt, pit-tông thực hiện công $80\ \text{J}$ lên khí. Nội năng khí thay đổi thế nào?

Giải. Đoạn nhiệt: $Q=0$ ; nén: $A=+80\ \text{J}$ . $\Delta U=80\ \text{J}$ . Nội năng tăng nên khí nóng lên, đúng hiện tượng thân bơm nóng.

Ví dụ 4 (đẳng tích)

Đun khí trong bình kín cứng, khí nhận nhiệt $500\ \text{J}$ . Tính $\Delta U$ và công khí nhận.

Giải. Thể tích không đổi nên không có công: $A=0$ . $\Delta U=Q=500\ \text{J}$ .

Ví dụ 5 (tìm Q)

Khối khí nhận công $150\ \text{J}$ và nội năng tăng $60\ \text{J}$ . Khí nhận hay toả bao nhiêu nhiệt?

Giải. $Q=\Delta U-A=60-150=-90\ \text{J}$ . Dấu trừ: khí toả nhiệt $90\ \text{J}$ ra ngoài.

Ví dụ 6 (đẳng nhiệt)

Khí lí tưởng dãn đẳng nhiệt, sinh công $240\ \text{J}$ . Tính $Q$ .

Giải. Đẳng nhiệt, khí lí tưởng: $\Delta U=0$ ; $A=-240\ \text{J}$ . $Q=\Delta U-A=240\ \text{J}$ : khí nhận $240\ \text{J}$ nhiệt từ nguồn để bù lại phần công sinh ra.

Ví dụ 7 (đạn găm vào bia)

Viên đạn chì khối lượng $0{,}05\ \text{kg}$ bay với tốc độ $200\ \text{m/s}$ găm vào bia gỗ cứng. Giả sử $50\%$ động năng chuyển thành nhiệt làm nóng viên chì ( $c=130\ \text{J/(kg·K)}$ ). Tính độ tăng nhiệt độ của viên chì.

Giải. $W_đ=\tfrac12\cdot0{,}05\cdot200^2=1000\ \text{J}$ . $Q=0{,}5\cdot1000=500\ \text{J}$ . $\Delta t=\dfrac{Q}{mc}=\dfrac{500}{0{,}05\cdot130}\approx76{,}9\,^\circ\text{C}$ .

Bước 1 / 3

Động năng viên đạn trước khi găm:

W_{đ} = \frac{1}{2} \cdot 0, 05 \cdot 20 0^{2} = 1000 J

.

Ví dụ 8 (thác nước)

Nước thác cao $50\ \text{m}$ ; toàn bộ thế năng thành nhiệt cho nước ( $g=9{,}8\ \text{m/s}^2$ , $c=4180\ \text{J/(kg·K)}$ ). Nước nóng thêm bao nhiêu?

Giải. $mgh=mc\Delta t\Rightarrow\Delta t=\dfrac{gh}{c}=\dfrac{9{,}8\cdot50}{4180}\approx0{,}117\,^\circ\text{C}$ . Chỉ hơn một phần mười độ: nên thác nước không làm nước "nóng lên" nhìn thấy được.

Nội năng và định luật I của nhiệt động lực học

01Ví dụ minh hoạ