Lý thuyết nội năng và sự biến thiên nội năng chi tiết nhất

Nội năng và sự biến thiên nội năng là một phần kiến thức trong chương VI Cơ sở của nhiệt động lực học trong chương trình Vật lý lớp 10. gửi đến các bạn bài tổng hợp lý thuyết và các dạng bài tập tự luận và trắc nghiệm Bài 32 Nội năng và sự biến thiên nội năng đầy đủ nhất. Hy vọng nó sẽ có ích với các bạn!

A. Tóm tắt lý thuyết bài 32 Nội năng và sự biến thiên nội năng

1. Lý thuyết về nội năng

a, Khái niệm về nội năng. Nội năng là gì?

- Trong phạm vi nhiệt động lực học, nội năng của một vật được định nghĩa là một giá trị bằng tổng của hai yếu tố là động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật .

- Đơn vị tính của nội năng là Jun, ký hiệu là (J)

- Trong một phân tử, yếu tố chi phối đến động năng là vận tốc, còn yếu tố chi phối đến thế năng là sự phân bố, vị trí của các phân tử. Vì vậy, có hai yếu tố chi phối đến nội năng của một vật là nhiệt độ và thể tích của vật: \(U=f(T, V)\)

b. Độ biến thiên nội năng

Trong phạm vi nhiệt động lực học, thứ mà người ta quan tâm đến không phải là giá trị của nội năng mà là độ biến thiên nội năng \(\Delta U\) của một vật, tức là xét trong một quá trình, nội năng của một vật có xu hướng tăng lên hay giảm đi.

2. Các phương pháp thay đổi nội năng. Các công thức nội năng và sự biến thiên nội năng.

a, Phương pháp thực hiện công

Khi người ta thực hiện công lên một vật, nội năng được thay đổi khi nội năng được chuyển hóa từ các dạng năng lượng khác.

b, Phương pháp truyền nhiệt

- Khi thực hiện quá trình thay đổi nội năng mà không bằng cách là tác dụng một công vào vật thì được gọi là quá trình truyền nhiệt

- Đặc điểm của phương pháp thay đổi nội năng bằng phương pháp truyền nhiệt:

+ Năng lượng trong quá trình truyền nhiệt không được chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác.

+ Nội năng trong quá trình truyền nhiệt được chuyển hóa giữa các vật với nhau.

c, Nhiệt lượng

- Nhiệt lượng được định nghĩa là số đo độ biến thiên của nội năng trong quá trình truyền nhiệt.

- Ta có công thức: \(\Delta U=Q\) trong đó:

+ \(\Delta U\) là ký hiệu của độ biến thiên nội năng của vật

+ Q được ký hiệu của số nhiệt lượng mà vật nhận từ vật khác hay số nhiệt lượng mà vật tỏa ra cho vật khác.

- Trong môi trường nhiệt độ bị thay đổi, công thức để tính nhiệt lượng mà một lượng chất ở dạng rắn tỏa ra hay thu vào là:

\(Q= m.c.\Delta t\)

Phân tích các yếu tố trong công thức, ta có:

+ Khối lượng của một vật được ký hiệu là m, tính theo đơn vị (kg)

+ Nhiệt dung riêng của vật được ký hiệu là c, tính theo đơn vị là (J/kg.K)

+ Độ biến thiên nhiệt độ của vật được ký hiệu là \(\Delta t\), tính theo đơn vị \(^0C\) hoặc \(K\).

- Với độ biến thiên nhiệt độ của vật \(\Delta t= t_{2}-t_{1}\), có hai trường hợp xảy ra:

+ Nếu \(t_{2}>t_{1}\) thì vật sẽ thu năng lượng.

+ Nếu \(t_{2}\) < \(t_{1}\) thì vật sẽ tỏa năng lượng.

B. Một số bài tập nội năng và sự biến thiên nội năng 

1. Các bài tập tự luận nội năng và sự biến thiên nội năng

Bài 1: 0,5kg là khối lượng của một chiếc bình nhôm đang trong trạng thái đựng một lượng nước là 0,1118kg trong điều kiện nhiệt độ là \(20^0C\). Người ta thay đổi nhiệt độ trong bình bằng cách là thả vào đó một thanh sắt nặng 0,2kg. Cho các dữ liệu sau: 920 J/kg.K, 460 J/kg.K và 4180 J/kg.K lần lượt là nhiệt dung riêng của nhôm, sắt và nước. Biết rằng lượng nhiệt được truyền ra môi trường bên ngoài là không đáng kể, hỏi khi bắt đầu trạng thái cân bằng nhiệt thì nước có nhiệt độ là bao nhiêu?

Đáp số: Nhiệt độ của nước là \(\approx 24,8^0C\)

Bài 2: 128g là khối lượng của một nhiệt lượng kế bằng đồng thau đang trong trạng thái đựng một lượng nước là 210g trong điều kiện nhiệt độ là \(8,4^0C\). Người ta thay đổi nhiệt độ trong bình bằng cách thả vào trong đó một miếng kim loại nặng 192g ở nhiệt độ \(100^0C\). Biết rằng 128 J/kg.K và 4180 J/kg.K lần lượt là nhiệt dung riêng của đồng thau và nước. Trong trạng thái cân bằng nhiệt, nhiệt độ đạt \(21,5^0C\). Nếu nhiệt lượng truyền ra bên ngoài là không đáng kể thì miếng kim loại có nhiệt dung riêng là bao nhiêu?

Đáp số: Nhiệt dung riêng của miếng kim loại là 777,2 J/kg.K

Bài 3: Trong điều kiện môi trường nước có nhiệt độ là \(20^0C\) chứa một quả cầu bằng nhôm nặng bằng 0,105kg ở nhiệt độ \(142^0C\). Biết rằng 880 J/kg.K và 4200 J/kg.K lần lượt là nhiệt dung riêng của nhôm và nước. Nếu ở nhiệt độ \(42^0C\) xảy ra sự cân bằng nhiệt thì nước có khối lượng là bao nhiêu?

Đáp số: Khối lượng của nước là 0,1kg

Bài 4: 120g là khối lượng của một cốc bằng nhôm đang trong trạng thái đựng một lượng nước là 400g trong điều kiện nhiệt độ là \(24^0C\). Người ta thay đổi nhiệt độ trong bình bằng cách thả vào trong đó một thìa đồng nặng 80g với một nhiệt độ là \(100^0C\). Biết rằng 380J/kg.K và 4190 J/kg.K lần lượt là nhiệt dung riêng của đồng và nước, hỏi khi trong trạng thái cân bằng nhiệt thì nước có nhiệt độ là bao nhiêu?

Đáp số: Nhiệt độ của nước khi đạt trạng thái cân bằng nhiệt là \(25,27^0C\)

Bài 5: 250g là khối lượng của một ấm nước nhôm đựng 2kg nước đang trong trạng thái đun trên bếp. Biết rằng trong môi trường nhiệt độ là \(80^0C\) thì có một lượng nhiệt lượng là 526600J và 920 J/kg.K và 4190 J/kg.K lần lượt là nhiệt dung riêng của nhôm và nước, hỏi ấm nước có nhiệt độ ban đầu là bao nhiêu?

Đáp số: Nhiệt độ ban đầu của ấm nước là \(20^0C\)

Bài 6: 250g là khối lượng của một ấm nước bằng nhôm bên trong chứa một lượng nước là 1,5kg với nhiệt độ là \(25^0C\). Biết rằng 920 J/kg.K và 4190 J/kg.K lần lượt là nhiệt dung riêng của nhôm và nước, muốn nước ở trong trạng thái sôi thì cần cung cấp một nhiệt lượng là bao nhiêu?

Đáp số: Nhiệt lượng cần dùng là 488626J

2. Bài tập trắc nghiệm nội năng và sự biến thiên nội năng

Câu 1: Cho các ví dụ nội năng và sự biến thiên của nội năng. Trong các ví dụ sau đây, trường hợp nào có sự biến đổi nội năng nhưng không phải do công thực hiện?

A. Một chiếc xi lanh bị nén khí

B. Nước trong trạng thái sôi khi đun bằng bếp củi

C. Hai vật trong trạng thái cọ sát vào nhau

D. Một vật ở dạng chất thép rơi tự do xuống nền nhà

Câu 2: Trong các yếu tố sau đây, yếu tố chi phối đến nội năng là:

A. Yếu tố nhiệt độ của vật và áp suất của vật 

B. Yếu tố khối lượng của vật và nhiệt độ của vật

C. Yếu tố thể tích của vật và nhiệt độ của vật

D. Yếu tố thể tích của vật và áp suất của vật

Câu 3: Trong các cách làm sau đây, cách làm nào để giữ nguyên nội năng của một vật?

A. Cung cấp nhiệt cho một vật 

B. Vật tỏa ra một lượng nhiệt dẫn đến vật bị nguội lạnh

C. Vật trong trạng thái cọ xát với mặt bàn 

D. Vật được đặt lên một vị trí cao

Câu 4: \(1,5.10^5Pa\) là áp suất trong quá trình một chất khí được đun nóng đẳng áp. Biết rằng kết quả sau khi đun nóng đẳng áp, chất khí đó tăng một lượng thể tích bằng \(20dm^3\) từ \(40dm^3\) lên \(60dm^3\) và nội năng tăng thêm 4,28J. Chất khí đó được truyền một nhiệt lượng bằng:

A. 1280J                                                  B. 3004,28J

C. 7280J                                                  D. -1280J

Câu 5: 10kg là khối lượng của một vật trong trạng thái di chuyển tới đích. Tại vị trí điểm đích, vật có một vận tốc bằng 54km/h. Giả sử nội năng được chuyển hóa hết từ động năng thì trong lúc va chạm, lượng nhiệt lượng tỏa ra là:

A. 1125J                                                    B. 14580J

C. 2250J                                                   D. 7290J

Tham khảo thêm >>> Giải bài tập vật lý 10 bài 32 Nội năng và sự biến thiên nội năng

Với bài viết về Nội năng và sự biến thiên nội năng, đã đem lại cho các bạn những kiến thức và các dạng bài tập tự luận và trắc nghiệm chi tiết nhất. Nếu có đóng góp hay thắc mắc gì cho về Bài 32 Nội năng và sự biến thiên nội năng, các bạn hãy để lại comment ở dưới phần bình luận nhé!