Nguyên lý I nhiệt động lực học –

Jun (James Prescott Joule, 1818 – 1889, nhà vật II người Anh) Hình 58.1 Hơi nước sôi đẩy nắp ấm lên Nội năng được phát hiện và sử dụng vào đời sống và kĩ thuật cách , đây hơn 200 năm. Nhà bác học người Pháp Pa-panh (Denis Papin, 1647 – 1712) và nhà bác học người Anh Oát là những người đầu tiên tìm ra cách làm biến đổi nội năng thành Cơ năng288Nhiệt động lực học ra đời vào khoảng giữa thế kỉ XIX, trong quá trình nghiên cứu các động cơ nhiệt nhằm biến đổi năng lượng có được từ nhiên liệu thành cơ năng. Cơ sở của nhiệt động lực học là hai định luật cơ bản được gọi là nguyên lí I và nguyên lí II nhiệt động lực học, chúng được khái quát hoá từ những sự kiện thực nghiệm. Sau đây chúng ta lần lượt khảo sát hai nguyên lí này.1. Nội nănga) Quan sátĐun nước trong ấm cho tới khi nước sôi. Hơi nước sôi có thể đẩy nắp ấm lên (Hình 58.1).Chiếc bình xịt nước hoa hoạt động nhờ dòng hơi nén trong bình phun ra.Trong thí nghiệm về màng xà phòng, ta thấy màng xà phòng đã làm dịch chuyển cạnh di động của khung nhờ lực căng bề mặt (hệ quả của lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng).b) Kết luậnQua các hiện tượng trên và nhiều hiện tượng tương tự khác ta thấy rằng, các khối chất khi đứng yên có thể sinh công nhờ áp suất gây ra bởi chuyển động của các phân tử và nhờ tương tác giữa các phân tử. Như vậy, các khối chất có năng lượng bên trong. Dạng năng lượng này được gọi là nội năng. Vậy :Nội năng là một dạng năng lượng bên trong của hệ, nó chỉ phụ thuộc vào trạng thái của hệ. Nội năng bao gồm tổng động năng chuyển động nhiệt của các phân tử cấu tạo nên hệ và thế năng tương tác giữa các phân tử đó. c) Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tíchKhi nhiệt độ thay đổi thì động năng của các phân tử cấu tạo nên vật thay đổi, mà động năng của phân tử là thành phần của nội năng, do đó nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ của vật.Khi thể tích thay đổi thì khoảng cách giữa các phân tử cấu tạo nên vật thay đổi, làm cho thế năng tương tác giữa chúng thay đổi. Vì thế năng tương tác giữa các phân tử là thành phần của nội năng, nên nội năng còn phụ thuộc vào thể tích của vật.Ta có thể viết:U = f(T,V)2. Hai cách làm biến đổi nội năng Vì nội năng phụ thuộc nhiệt độ và thể tích của hệ nên nếu ta làm thay đổi nhiệt độ hoặc thể tích của hệ thì nội năng thay đổi. Sau đây là hai cách làm biến đổi nội năng. a) Thực hiện công Khi bơm xe đạp bằng bơm tay, ta thấy bơm bị nóng lên. Điều đó chứng tỏ không khí trong bơm đã nóng lên, nghĩa là nội năng của không khí đã biến thiên do ta thực hiện công. Nếu ta cọ xát một miếng kim loại trên mặt bàn, ta thấy miếng kim loại nóng lên. Đó cũng là cách làm biến đổi nội năng của miếng kim loại bằng thực hiện công (Hình 58.2). Các ví dụ trên cho ta thấy rằng nội năng bị biến đổi do thực hiện công. b) Truyền nhiệt lượng Ta cũng có thể làm cho không khí trong bơm nóng lên bằng cách hơ nóng thân bơm và làm cho19-VÂT LÝ 10 – NCAO …..AHình 58.2 Làm nóng miếng kim loại bằng cách cọ xát Hãy kể thêm các trường hợp làm biến đổi nội năng bằng thực hiện công.289Giả sử hệ được chuyển từ trạng thái 1 (gọi là trạng thái đầu) sang trạng thái 2 (gọi là trạng thái cuối) bằng những quá trình khác nhau, kí hiệu là la2 và lb2. Mặc dù nhiệt lượng Q và công A mà hệ nhận vào ở các quá trình đó không giống nhau nhưng tổng đại số Q + A trong mỗi quá trình lại bằng nhau và bằng độ biến thiên nội năng AU = U2 – U1.Hình 58,3 Khí được chuyển từ 1 đến 2 bằng hai quá trình khác nhau, trong đó Qu z Q, và Aa z Ab nhưng Qa + Aa = Q + Ab290miếng kim loại nóng lên bằng cách thả nó vào nước nóng. Khi đó nội năng của không khí trong bơm hay miếng kim loại tăng lên không do thực hiện công mà do truyền nhiệt lượng.c). Sự tương đương giữa công và nhiệt lượngVì sự thực hiện công và truyền nhiệt lượng đều là những cách làm biến đổi nội năng nên chúng tương đương nhau.3. Nguyên lí 1: nhiệt động lực học Nguyên lí I nhiệt động lực học là sự vận dụng định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng vào các hiện tượng nhiệt. Xét một hệ có trao đổi công và nhiệt lượng với các vật ngoài, được chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 (biểu diễn trên đồ thịp – V ở Hình 58.3), Kí hiệu AU là độ biến thiên nội năng của hệ: ΔU = U2 – U trong đó UI là nội năng ở trạng thái đầu, U2 là nội năng ở trạng thái cuối. . Theo định luật bảo toàn năng lượng, nội năng của hệ tăng một lượng AU thì các vật khác phải mất một lượng năng lượng đúng bằng như thế, lượng năng lượng ấy được đo bằng nhiệt lượng Q và công A mà hệ nhận được : AU = O + A (58.1) trong đó: AU là độ biến thiên nội năng của hệ, Q và A là các giá trị đại số. – Nếu Q > 0, hệ nhận nhiệt lượng – Nếu Q<0, hệ nhả nhiệt lượng – Nếu A > 0, hệ nhận công – Nếu A <0, hệ sinh công.19 – VÅTLY 10- N CAO…–B Phương trình (58.1) là biểu thị toán học của Ở đây, ta trình bày nguyên lí I nguyên lí 1: nhiệt động lực học. Nó được phát biểu như là hệ quả của định luật bảo toàn như sau : và chuyển hoá năng lượng, son thực ra nguyên lí I là một sự khái Độ biến thiên nội năng của hệ bằng tổng đại số quát hoá các kết quả thực nghiệm. nhiệt lượng và công mà hệ nhận được. Chính vì vậy nó mới được gọi là – – – – – – nguyên lí. Nguyên lí này đóng góp Có thể biến đối phương trình (581) sang dạng sau: vào sự hình thành định luật bảo toàn O = AU – A (58.2) và chuyển hoá năng lượng. Như vậy: Nhiệt lượng truyền cho hệ làm tăng nội năng của hệ và biến thành công mà hệ sinh ra.Trong phương trình (58.2) thì (- A) là công mà hệ sinh ra cho bên ngoài.’? CÂU HÖ!1. Nội năng là gì? Nó phụ thuộc những thông số nào của hệ ? Nêu hai cách làm biến đổi nội năng ?2. Nêu ý nghĩa của thí nghiệm Jun.3. Tại sao có thể nói rằng nguyên líI nhiệt động lực học là sự vận dụng định luậtbả Và chuyển hoá năng lượng vào các hiện tượng nhiệt ?64 BằI TÂP1. AMAR va aA Lk. K. 1 Հ7 0 kg hảy từ cầ há ܚܝܐ ܒܶ ܝܬ rtܚܐܧ:ܝܐ ܫܩ ܚܙܚ uL-:ܫ La ءاحمق۔ –:بھا۔1:ھ ဖုဗား’ဟု པ་”:: قد بسط هط مسم. ۔۔۔۔۔۔۔۔۔ Հ7 t vi IV u riva i 1 ca i Vyvoli bơi. Lấy g = 10 m/s2.2. Một cốc nhôm khối lượng 100g chứa 300 g hiêt đô20°C. N شعر۔۔۔ حے۔ حسیگعر100°C. Xác định nhiệt độ của Ծ 7 ཀ ཀ ཀ ཀ ཀ ཀ་ ặt ra ngoài. Nhiệt dung riêng của nhôm là 880 J/kg độ, của đồng là 380.J/kg độ và của nước là 4,19.103 J/kg độ. 3. Người ta cọ xát một miếng sắt dẹt khối lượng 100 g trên một tấm gỗ. Sau một lát thì thấy miếng sắt nóng lên thêm 12°C. Hỏi người ta đã tốn một công là bao nhiêu để thắng ma sát giả sử rằng 40% công đó được dùng để| iếng sắt? Cho biết nhiệtd ủasắt là 460J/kg độmột chiếc thìa đồng khổ lượng 75 g vừa rút ra khỏi nổi nước sôi ở .L – L ܐ ܐA DA A- * ܢL – ܫ شرحبی: حطیLحیگر سے ہیریئر291Nhiệt lượng kế N đựng chất lỏng. Một trục T có gắn các cánh C được nhúng thẳng đứng vào chất lỏng trong nhiệt lượng kế. Các vật M khi rơi thực hiện Công làm quay trục T và các cánh C. Ma sát giữa các cánh C với chất lỏng làm cho chất lỏng nóng lên. Nhiệt kế K cho phép theo dõi nhiệt độ của nhiệt lượng kế. Đo nhiều lần, Jun thấy rằng một công A xác định bao giờ cũng tương đương với một nhiệt lượng Q xác định.Sau đó ông đã rút ra một hệ th g đương giữa công và nhiệt, nhờ đó người ta có thể chuyển đổi qua lại các kết quả đo theo đơn vị calo hay đơn vị Công.Ngày nay trong hệ SI người ta dùng đơn vịjun để đo công và nhiệt lượng. Đương lượng Công của nhiệt là:1 calo = 4, 1868 jun

Bài giải này có hữu ích với bạn không?

Nguyên lý I nhiệt động lực học

--Chọn Bài--

↡

Tài liệu trên trang là MIỄN PHÍ, các bạn vui lòng KHÔNG trả phí dưới BẤT KỲ hình thức nào!