Vật lý 12 • Bài học

Định luật I nhiệt động lực học - Động cơ nhiệt

📘 Vật lý 12 ⏱ 45 phút 🤖 AI hỗ trợ

Định luật I nhiệt động lực học - Động cơ nhiệt

Bài học hiện tại

Sẵn sàng học

I. Định luật I nhiệt động lực học II. Các máy nhiệt

Tiến độ

--

Mức độ

Vật lý 12

Thời lượng

45 phút

Bài tập

--

Nội dung từ hệ thống
Chương I VẬT LÍ NHIỆT
Chủ đề 05
ĐỊNH LUẬT I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC – ĐỘNG CƠ NHIỆT
I
ĐỊNH LUẬT I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
  • Định luật I nhiệt động lực học là sự vận dụng định luật bảo toàn năng lượng vào các quá trình thay đổi nội năng.
  • Độ biến thiên nội năng của một vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được (nếu vật vừa được nhận công và vừa được truyền nhiệt).
  • Biểu thức tính nội năng: ΔU = A + Q (J)
Quy ước dấu
  • ΔU > 0 nội năng vật tăng.
  • ΔU < 0 nội năng vật giảm.
  • A > 0 vật nhận công từ vật khác.
  • A < 0 vật thực hiện công lên vật khác.
  • Q > 0 vật nhận nhiệt lượng từ vật khác.
  • Q < 0 vật truyền nhiệt lượng cho vật khác.
Thí nghiệm minh họa định luật I của nhiệt động lực học

Thí nghiệm cho thấy công mà nước nhận được từ vật nặng chuyển động làm quay các cánh cản khiến nước nóng lên (nội năng của nước tăng) có độ lớn tương đương với độ tăng nội năng của nước.

Hai cách làm biến đổi nội năng ΔU:
① THỰC HIỆN CÔNG
② TRUYỀN NHIỆT
⇒ NHIỆT LƯỢNG TRUYỀN cho hệ làm TĂNG NỘI NĂNG của hệ và biến thành CÔNG mà hệ SINH RA
Các trường hợp lưu ý
ΔU = ΔWt = mgh₁ − mgh₂
A = Q = Pt
1/2 mv² = Q = mc.ΔT
④ Vật rơi từ một độ cao h (có lực cản)
Vật trượt trên mặt phẳng nghiêng (có lực cản/ ma sát)
Hướng dẫn công thức

ΔU = A + Q

Độ biến thiên cơ năng: A = W₂ − W₁

Với:

W₁ = Wđ1 + Wt1

W₂ = Wđ2 + Wt2

II
CÁC MÁY NHIỆT
① Động cơ nhiệt:
  • Cấu tạo:
  • Nguồn nóng: cung cấp nhiệt lượng.
  • Bộ phận phát động:
    • Tác nhân (vật trung gian nhận nhiệt và sinh công).
    • Các thiết bị phát động.
  • Nguồn lạnh: thu nhiệt lượng.

Nguyên tắc hoạt động: Tác nhân nhận nhiệt lượng Q1 từ nguồn nóng, chuyển hóa một phần thành công A và tỏa phần nhiệt lượng còn lại Q2 cho nguồn lạnh.

☆ Hiệu suất động cơ nhiệt:
Bình thường
H = |A| / Q₁ = |Q₁ − Q₂| / Q₁
Lí tưởng
Hmax = (T₁ − T₂) / T₁

H là hiệu suất động cơ nhiệt.

A = Q₁ − Q₂ (J) là công sinh ra.

Q₁ (J) là nhiệt lượng nguồn nóng.

Q₂ (J) là nhiệt lượng nguồn lạnh.

T₁ (K) là nhiệt độ nguồn nóng.

T₂ (K) là nhiệt độ nguồn lạnh.

☆ Ứng dụng thực tiễn:
ĐỘNG CƠ HƠI NƯỚC

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

② Máy lạnh:
  • Cấu tạo:
  • Nguồn lạnh: cung cấp nhiệt lượng.
  • Bộ phận phát động:
    • Tác nhân (vật trung gian nhận công và truyền nhiệt).
    • Các thiết bị phát động.
  • Nguồn nóng: thu nhiệt lượng.

Nguyên tắc hoạt động: Tác nhân nhận lấy nhiệt lượng Q2 từ nguồn lạnh và nhận công A từ bên ngoài để truyền nhiệt lượng Q1 cho nguồn nóng.

☆ Hiệu năng máy lạnh:
Bình thường
ε = Q₂ / A
Lí tưởng
εmax = T₂ / (T₁ − T₂)

ε là hiệu năng máy lạnh.

A = Q₁ − Q₂ (J) là công sinh ra.

Q₁ (J) là nhiệt lượng nguồn nóng.

Q₂ (J) là nhiệt lượng nguồn lạnh.

T₁ (K) là nhiệt độ nguồn nóng.

T₂ (K) là nhiệt độ nguồn lạnh.

Video, hình ảnh, mô phỏng, file đính kèm và học liệu bổ sung

Bài giảng Định luật I của Nhiệt động lực học

Other

Kiểm tra mức độ hiểu bài

Chọn câu phù hợp để luyện ngay sau khi học xong nội dung.

16 câu
Multiple Choice Medium
Câu 83
Công thức nào sau đây là công thức tổng quát của nguyên lý một nhiệt động lực học?
Multiple Choice Medium
Câu 84
Quy ước về dấu nào sau đây phù hợp với công thức $\Delta U = A + Q$ của nguyên lí I nhiệt động lực học?
Multiple Choice Medium
Câu 85
Trong quá trình chất khí nhận nhiệt và sinh công thì công thức $\Delta U = A + Q$ phải thỏa mãn:
Multiple Choice Medium
Câu 86
Chất khí trong xy lanh nhận nhiệt hay tỏa nhiệt một lượng là bao nhiêu nếu như thực hiện công 170 J lên khối khí và nội năng khối khí tăng thêm 170 J?
Multiple Choice Medium
Câu 87
Trong quá trình đẳng tích, nội năng của khí giảm 10 J. Khối khí đã
Multiple Choice Medium
Câu 88
Hiệu suất của động cơ nhiệt H được xác định bằng biểu thức
Multiple Choice Medium
Câu 89
Động cơ nhiệt là thiết bị
Multiple Choice Medium
Câu 90
Một khối khí dãn nở thêm $1\,\text{L}$ ở áp suất không đổi $2 \cdot 10^5\,\text{N/m}^2$. Trong quá trình này, khối khí nhận thêm nhiệt lượng $500\,\text{J}$. Độ biến thiên…
Multiple Choice Medium
Câu 91
Công thức nào sau đây là công thức tổng quát của nguyên lí nhiệt động lực học?
Multiple Choice Medium
Câu 92
Trong kĩ thuật, động cơ nhiệt là loại động cơ chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng. Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt là đưa một tác nhân làm việc (thường là khí cháy) từ một …
Multiple Choice Medium
Câu 93
Người ta cung cấp nhiệt lượng $1{,}5\,\text{J}$ cho chất khí đựng trong một xi lanh đặt nằm ngang. Chất khí nở ra, đẩy piston đi một đoạn $5\,\text{cm}$. Biết lực ma sát giữa pist…
Multiple Choice Medium
Câu 94
Người ta truyền cho một lượng khí trong xilanh nhiệt lượng 100 J. Khí nở ra thực hiện công 60 J đẩy piston dịch chuyển. Độ biến thiên nội năng của khí là
Multiple Choice Medium
Câu 95
Một viên đạn bằng đồng đang bay với vận tốc $v$ thì va chạm và ghim chặt vào một tấm gỗ, viên đạn bị nóng thêm $120^\circ C$. Biết rằng $60\%$ độ giảm động năng của viên đạn chuyể…
Multiple Choice Medium
Câu 96
Người ta thực hiện công 100 J để nén khí trong một xilanh. Biết khí truyền ra môi trường xung quanh một nhiệt lượng 20 J. Độ biến thiên nội năng của khí là
Multiple Choice Medium
Câu 97
Một ô tô chuyển động với vận tốc $72\,\text{km/h}$ thì động cơ có công suất $20\,\text{kW}$ và tiêu thụ $20$ lít xăng để chạy $200\,\text{km}$. Cho biết khối lượng riêng của xăng …
Multiple Choice Medium
Câu 98
Công suất trung bình của một động cơ xe máy nếu khi nó chạy với tốc độ $25\,\text{km/h}$ thì tiêu thụ $1{,}7$ lít xăng cho mỗi $100\,\text{km}$ là $P$. Cho biết hiệu suất của động…