Bài giảng Vật lí Lớp 10 - Bài 33: Các nguyên lí của nhiệt động lực học

Nội dung text: Bài giảng Vật lí Lớp 10 - Bài 33: Các nguyên lí của nhiệt động lực học

1. Bài 33: CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC Thực hiện công và truyền nhiệt U = U1 + U2 = Q + A Thực hiện công Truyền nhiệt TN2 TN1TN3 U2 = Q U1 = A
2. Bài 33: CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC I. Nguyên lí I nhiệt động lực học. 1. Phát biểu nguyên lí. - Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được. - Hệ thức: ∆U = A + Q Em hãy cho biết lượng khí trong xilanh ở thí nghiệm bên: thu hay truyền nhiệt lượng; nhận hay thực hiện công?
3. I NGUYÊN LÍ I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 1. Phát biểu nguyên lí: - Hệ thức: ∆U = A + Q Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được Q > 0 Q 0: Nội năng của vật tăng; ∆U 0: Vật nhận nhiệt lượng; Q 0 A 0: Vật nhận công; A < 0: Vật thực hiện hiện công.
4. I NGUYÊN LÍ I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 1. Phát biểu nguyên lí: C1: Xác định dấu các đại lượng Vật thu nhiệt: Q>0 Nội năng của vật tăng: U>0 Vật thực hiện công: A<0
5. I NGUYÊN LÍ I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 1. Phát biểu nguyên lí: C2: Các hệ thức sau diễn tả những quá trình nào? ∆U=Q khi Q>0 : U=Q Truyền nhiệt Nhận nhiệt lượng để tăng nội Q>0 Vật nhận nhiệt năng. ∆U=Q khi Q<0 : Q<0 Vật truyền Truyền nhiệt lượng cho vật khác nhiệt làm nội năng bị giảm.
6. I NGUYÊN LÍ I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 1. Phát biểu nguyên lí: C2: Các hệ thức sau diễn tả những quá trình nào? ∆U=A khi A>0: U=A Thực hiện công Nhận công làm tăng nội năng. A>0 Vật nhận công ∆U=A khi A<0: Thực hiện công lên vật khác Vật sinh công A<0 làm nội năng bị giảm.
7. I NGUYÊN LÍ I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 1. Phát biểu nguyên lí: C2: Các hệ thức sau diễn tả những quá trình nào? Truyền nhiệt và U=Q + A thực hiện công ∆U=Q+A khi Q>0 và A 0 thực hiện công làm nội năng bị thay đổi. A<0 Vật sinh công
8. I NGUYÊN LÍ I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 1. Phát biểu nguyên lí: C2: Các hệ thức sau diễn tả những quá trình nào? Truyền nhiệt và U=Q + A thực hiện công ∆U=Q+A khi Q>0 và A>0: Vật nhận nhiệt Nhận nhiệt lượng và công Q>0 làm tăng nội năng. Vật nhận công A>0
9. p 2. Vận dụng 2 p Quá trình đẳng tích: 2 1 V1=V2 p1 Ta có: U=A + Q V1=V2 V Vì V1= V2  V=0 nên A = 0 Do đó: U=Q Quá trình đẳng tích là quá trình truyền nhiệt.
10. 2. Vận dụng p 1 2 Quá trình đẳng áp: p1=p2=p p A 0,Q 0 V V V Biểu thức của nguyên lí I NĐLH : 1 2 U=A + Q Trong quá trình đẳng áp, nhiệt lượng mà chất khí nhận được một phần làm tăng nội năng của nó, một phần biến thành công.
11. 2. Vận dụng p 1 p Quá trình đẳng nhiệt: T =T 2 1 2 2 p1 T1 =T2 U = 0 V1 V2 V Biểu thức của nguyên lí I NĐLH trong quá trình đẳng nhiệt: A + Q = 0 Trong quá trình đẳng nhiệt, toàn bộ nhiệt lượng truyền cho chất khí được chuyển thành công.
12. 2. VẬN DỤNG: Công của áp suất dãn nở khi áp suất thay đổi không đáng kể hoặc không thay đổi A = p. Chú ý: V ∆U = A + Q Đẳng nhiệt Đẳng tích Đẳng áp A+ Q =0 U = Q U = Q+A
13. Bài 33: CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC Câu 1: Ghép nội dung ở cột bên trái với nội dung ở cột bên phải để được một câu có nội dung đúng. 1. Q 0 b. Q + A = 0. 3. Q > 0 c. khi vật nhận nhiệt. 4. A < 0 d. khi vật nhận công. 5. Nguyên lí I NDLH là e. khi vật truyền nhiệt. 6. Hệ thức của nguyên lí I f. độ biến thiên nội năng NDLH trong quá trình đẳng của vật bằng tổng công tích là và nhiệt lượng mà vật 7. Hệ thức của nguyên lí I NDLH nhận được. trong quá trình vật không trao g. U = Q . đổi nhiệt với vật khác là
14. Câu 2: Trong quá trình chất khí nhận nhiệt và sinh công thì Q và A trong hệ thức ∆U = A + Q phải có giá trị nào sau đây? A. Q 0; B. Q > 0 và A > 0; C.C. QQ >> 00 vàvà AA 0;0; B. ∆U = Q + A với A > 0; C. ∆U = Q + A với A < 0; D. ∆U = Q với Q < 0;
15. Câu 4: Người ta truyền cho khí trong xilanh nhiệt ? lượng 100 J. Khí nở ra thực hiện công 70 J đẩy pittông lên. Độ biến thiên nội năng của khí là: Hướng dẫn A. 170 J B. 30 J Theo đề : Q = 100 J ; A = - 70 J C. - 30 J Theo nguyên lí I NĐLH ta có: D. - 170 J U = Q + A = 100 – 70 = 30 J
16. VD: Cung cấp cho khí trong xilanh nhiệt lượng 1,5J. Khí giãn nở đẩy pittông đoạn 5 cm với lực 2N. Tính biến thiên nội năng.
17. Bµi 1: Cung cấp cho khí trong xilanh nhiệt lượng 3200J. Nội năng của khí tăng 800J, và khí giãn nở đẩy pittông đoạn 3,2 cm. Tính lực đẩy. Vật nhận nhiệt lượng Q>0 → A = ∆U - Q = 800 - 3200 = -2400J và thực hiện công A 0 A = -F.∆l = -18000.0,04 = -720J và thực hiện công A<0 ∆U = Q + A = 2400 - 720 = 1680J
18. Bµi 3: Cung cấp cho khí trong xilanh nhiệt lượng 1800J. Nội năng của khí tăng 1400J, và khí giãn nở đẩy pittông với lực 15000N. Tính đoạn dịch chuyển của pittông. Vật nhận nhiệt lượng Q>0 A = Q - ∆U = 1400 – 1800 = -400J và thực hiện công A 0 A = -F.∆l = -12000.0,036 = -432J và thực hiện công A<0 Q = ∆U - A = 400 + 432 = 832J
19. Bµi 5: Cung cấp nhiệt lượng 840J cho khí trong xilanh. Khí giãn nở thêm 110 cm3, với áp suất không đổi 2,4.106N/m2. Tính biến thiên nội năng. Vật nhận nhiệt lượng Q>0 A = -p.∆V = -2,4.106.110.10-6 = -264J và thực hiện công A 0 A = Q - ∆U = 1800 - 2100 = -300J và thực hiện công A<0 ∆V = -A/p = 300/2,4.106 = 125.10-6m3
20. Bµi 7: Cung cấp nhiệt lượng 2400J cho khí trong xilanh. Nội năng của khí tăng 1800J, khí giãn nở thêm 350 cm3 với áp suất không đổi. Tính áp suất. Vật nhận nhiệt lượng Q>0 A = Q - ∆U = 1800 - 2400 = -600J và thực hiện công A 0 A = -p.∆V = -2,5.106 .750.10-6= -1875J và thực hiện công A<0 Q = ∆U - A = 1200 + 1875 = 3075J
21. II.NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 1.Qúa trình thuận nghịch và không thuận nghich a) Quá trình thuận nghịch Là quá trình trong đó vật ( hệ) có thể quay về trạng thái ban đầu mà không cần đến sự can thiệp của các vật khác b) Quá trình không thuận nghịch Là quá trình trong đó vật ( hệ) không có thể tự quay về trạng thái ban đầu mà không cần đến sự can thiệp của các vật khác A B
22. II. Nguyên lý II nhiệt động lực học: 1. Cách phát biểu của Clau-di-ut(1822-1888) Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang vật nóng hơn. 2. Cách phát biểu của Các-nô(1796-1832) Động cơ nhiệt không thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học. Động cơ nhiệt là thiết bị biến đổi nhiệt lượng sang công Vậy động cơ nhiệt là gì?
23. C3. Về mùa hè, người ta có thể dùng máy điều hòa nhiệt độ để truyền nhiệt từ trong phòng ra ngoài trời, mặc dù nhiệt độ ngoài trời cao hơn trong phòng. Hỏi điều này có vi phạm nguyên lý II không? Tại sao ?
24. 3. Vận dụng: Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng. a, Cấu tạo ĐCN: Bộ phậnĐộ phátng c độngơ nhi gồmệt cóvật trungcấu gian nhận nhiệttạo sinhvà nguyêncông gọi làtắ tácc nhân. Nguồnhoạt lạnhđộng để nh thuư nhiệtthế lượng do tácnào? nhân tỏa ra. Nguồn nóng Tác nhânb, Nguyên nhận línhiệt hoạt lượng động:Q1 từ nguồn nóng để biến Q1 một phần thành công A và tỏa A nhiệt lượng Q2 = Q1 - A cho Tác nhân nguồn lạnh (theo Các-nô) Q2 = Q1 - A Nguồn lạnh
25. NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 3.Vận dụng Động cơ nhiệt gồm 3 bộ phận cơ bản là: Nguồn nóng 1. Nguồn nóng để cung cấp Q1 nhiệt lượng. Bộ phận A = Q1 - Q2 2. Bộ phận phát động gồm phát động vật trung gian nhận nhiệt sinh công gọi là tác nhân Q2 và các thiết bị phát động; Nguồn lạnh 3. Nguồn lạnh để thu nhiệt lượng do tác nhân toả ra.
26. 3. Vận dụng: a, Cấu tạo ĐCN: Tại sao công A lại có dấu giá trị truyệt đối ? b, Nguyên lí hoạt động: c, Hiệu suất ĐCN: Q − Q A H = 1 2 = Q Q Trong đó: 1 1 Q1 (J) : Nhiệt lượng lấy từ nguồn nóng Q2 (J) : Nhiệt lượng nhường cho nguồn lạnh : Công có ích của động cơ A = Q1 − Q2 (J) Chú ý: Hiệu suất luôn nhỏ hơn 1
27. Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng Q1 cho bộ phận phát động để bộ phận này chuyển hóa thành công A. Theo nguyên lý II thì bộ phận phát độngkhông thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học. Do đó cần có nguồn lạnh để nhận phần nhiệt lượng Q2 còn lại. Cũng chính vì thế mà hiệu suất của động cơ nhiệt : A H = 1 Q1