Lý thuyết Định luật 1 của nhiệt động lực học - Vật lí 12 Cánh diều

Lý thuyết Vật lí 12 Bài 2: Định luật 1 của nhiệt động lực học

I. Nội năng

1. Khái niệm

Tổng động năng và thế năng tương tác của các phân tử cấu tạo nên hệ là nội năng của hệ.

Khi nhiệt độ của hệ thay đổi thì động năng của các phân tử cấu tạo nên hệ thay đổi. Do đó, nội năng phụ thuộc nhiệt độ của hệ. Mặt khác, khi thể tích của hệ thay đổi thì khoảng cách giữa các phân tử cấu tạo nên hệ thay đổi, làm cho thế năng tương tác giữa chúng thay đổi. Vì thế, nội năng cũng phụ thuộc thể tích của hệ.

2. Các cách làm biến đổi nội năng

Thực hiện công

Vì nội năng phụ thuộc thể tích của hệ nên nếu làm thể tích của hệ thay đổi thì nội năng thay đổi.

Quá trình làm thay đổi nội năng như trên được gọi là quá trình thực hiện công. Trong quá trình thực hiện công có sự chuyển hoá từ một dạng năng lượng khác (ở ví dụ trên là cơ năng) sang nội năng.

Truyền nhiệt

Vì nội năng phụ thuộc nhiệt độ nên nếu làm thay đổi nhiệt độ của hệ thì nội năng của hệ thay đổi.

Quá trình làm thay đổi nội năng như trên không có sự thực hiện công, chỉ có sự truyền năng lượng nhiệt và thường được gọi tắt là sự truyền nhiệt.

II. Định luật 1 của nhiệt động lực học

Độ biển thiên nội năng của hệ bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được.

Kí hiệu AƯ là độ biến thiên nội năng, Q và A tương ứng là nhiệt lượng và công mà hệ nhận được, ta có ΔU = Q + A

trong đó:

Q và A là các giá trị đại số.

Nếu Q > 0, hệ nhận nhiệt lượng.

Nếu Q < 0, hệ toả nhiệt lượng.

Nếu A > 0, hệ nhận công.

Nếu A < 0, hệ sinh công.

Sơ đồ tư duy Định luật 1 của nhiệt động lực học

Trắc nghiệm: Định luật 1 của nhiệt động lực học

PHẦN I. Câu trắc nghiệm nhiều phương án lựa chọn. Thí sinh trả lời từ câu 1 đến câu 7. Mỗi câu hỏi thí sinh chỉ lựa chọn một phương án.

Câu 1: Đơn vị của độ biến thiên nội năng DU là

A. °C.

B. K.

C. J.

D. Pa.

Câu 2: Chọn đáp án đúng: Nội năng là

A. tổng của động năng chuyển động hỗn độn và thế năng tương tác giữa các phân tử cấu tạo nên vật.

B. tổng của động năng và thế năng của vật.

C. tổng của động lượng chuyển động hỗn độn và thế năng tương tác giữa các phân tử cấu tạo nên vật.

D. tích của động năng chuyển động hỗn độn và thế năng tương tác giữa các phân tử cấu tạo nên vật.

Câu 3: Nội năng của một vật

A. phụ thuộc vào nhiệt độ của vật.

B. phụ thuộc thể tích của vật.

C. phụ thuộc thể tích và nhiệt độ của vật.

D. không phụ thuộc thể tích và nhiệt độ của vật.

Câu 4: Khi dùng pit-tông nén khí trong một xi lanh kín thì

A. Kích thước mỗi phân tử khí giảm.

B. Khoảng cách giữa các phân tử khí giảm.

C. Khối lượng mỗi phân tử khí giảm.

D. Số phân tử khí giảm.

Câu 5: Câu nào sau đây nói về truyền nhiệt và thực hiện công là không đúng?

A. Thực hiện công là quá trình có thể làm thay đổi nội năng của vật.

B. Trong thực hiện công có sự chuyển hoá từ nội năng thành cơ năng và ngược lại.

C. Trong truyền nhiệt có sự truyền động năng từ phân tử này sang phân tử khác.

D. Trong truyền nhiệt có sự chuyển hoá từ cơ năng sang nội năng và ngược lại.

Câu 6: Hiện tượng quả bóng bàn bị móp (nhưng chưa bị thủng) khi thả vào cốc nước nóng sẽ phồng trở lại là do

A. Nội năng của chất khí tăng lên.

B. Nội năng của chất khí giảm xuống.

C. Nội năng của chất khí không thay đổi.

D. Nội năng của chất khí bị mất đi.

Câu 7: Hệ thức DU = A + Q khi Q > 0 và A < 0 mô tả quá trình

A. hệ truyền nhiệt và sinh công.

B. hệ nhận nhiệt và sinh công.

C. hệ truyền nhiệt và nhận công.

D. hệ nhận nhiệt và nhận công.

PHẦN II. Câu trắc nghiệm đúng sai. Trong mỗi ý a), b), c), d) ở mỗi câu, thí sinh chọn đúng hoặc sai

Câu hỏi: Cho biết các phát biểu sau đúng hay sai?

a) Hệ đứng yên vẫn có khả năng sinh công do có nội năng.

b) Nội năng bao gồm tổng động năng phân tử và thế năng phân tử.

c) Nội năng không phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật.

d) Phần nội năng vật nhận được hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt gọi là nhiệt lượng.

PHẦN III. Câu trả lời ngắn

Câu hỏi: Một lượng khí bị nén đã nhận được công là 150 kJ. Khí nóng lên và đã toả nhiệt lượng là 95 kJ ra môi trường. Độ biến thiên nội năng của lượng khí là bao nhiêu kJ?