Có mấy cách làm thay đổi nội năng?

Câu trả lời chính xác nhất: Trong nhiệt động lực học, người ta gọi nội năng của vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Có 2 cách làm thay đổi nội năng đó là thực hiện công và truyền nhiệt

Thực hiện công. Trong quá trình thực hiện công có sự chuyển hóa từ một dang năng lượng khác (ví dụ cơ năng) sang nội năng.

Ví dụ: Khi thực hiện công để ấn xuống mạnh và nhanh pit- tông của xilanh chứa khí, thì thể tích khí trong xilanh giảm xuống, đồng thời khí trong xilanh nóng lên. Nội năng của khí đã thay đổi.

Truyền nhiệt. Trong quá trình truyền nhiệt không có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác, chỉ có sự truyền nội năng từ vật này sang vật khác.

Ví dụ: Đốt nóng một lượng khí bị nhốt trong xilanh kín. Nội năng cúa khí trong xilanh tăng lên

Cùng Top lời giải tìm hiểu thêm về các cách làm thay đổi nội năng nhé!

1. Nội năng là gì?

Các phân tử chuyển động không ngừng nên chúng có động năng. Động năng này phụ thuộc vào vận tốc của phân tử.

Ngoài động năng, giữa các phân tử có lực tương tác nên chúng có thế năng tương tác phân tử, gọi tắt là thế năng phân tử. Thế năng này phụ thuộc vào sự phân bố các phân tử.

Trong nhiệt động lực học, người ta gọi nội năng của vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật.

>>> Xem thêm: Nội năng và sự biến thiên nội năng

2. Cách làm thay đổi nội năng

Có hai cách làm thay đổi nội năng:

* Thực hiện công

Khi thực hiện công để cọ xát miếng kim loại trên mặt bàn thì miếng kim loại nóng lên, nội năng của miếng kim loại đã thay đổi.

Khi thực hiện công để ấn mạnh và nhanh pít-tông của xi-lanh chứa khí, thì thể tích khí trong xi-lanh giảm đồng thời nhiệt độ khí tăng lên, nội năng của khí đã thay đổi.

Các 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 hóa từ một dạng năng lượng khác (ví dụ cơ năng) sang nội năng.

∆U = A (A > 0: Vật nhận công)

* Truyền nhiệt

Quá trình làm thay đổi nội năng không có sự thực hiện công như hình trên gọi là quá trình truyền nhiệt, gọi tắt là sự truyền nhiệt.

Trong quá trình truyền nhiệt không có sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác, chỉ có sự truyền nội năng từ vật này sang vật khác.

Số đo độ biến thiên của nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng (còn gọi tắt là nhiệt).

∆U = Q = mc.∆t

Trong đó:

Q là nhiệt lượng thu vào hay tỏa ra (J)

Q > 0: Vật nhận nhiệt lượng (thu)

Q < 0: Vật truyền nhiệt lượng (tỏa)

+ m là khối lượng chất (kg)

+ c là nhiệt dung riêng của chất (J/kg.K)

+ ∆t là độ biến thiên nhiệt độ (oC hoặc K)

- Chú ý: Cách đổi đơn vị áp suất

3. Bài tập vận dụng

Bài 1: Một bình nhôm có khối lượng 0,5kg chứa 0,118kg nước ở nhiệt độ 20°C. Người ta thả vào bình một miếng sắt có khối lượng 0,2kg đã được đun nóng tới nhiệt độ 75°C. Xác định nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt.

Cho biết nhiệt dung riêng của nhôm là 920J/kgK; nhiệt dung riêng của nước là 4180J/kgK; và nhiệt dung riêng của sắt là 460J/kgK. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường xung quanh.

Trả lời:

Gọi t là nhiệt độ lúc cân bằng nhiệt.

Nhiệt lượng của sắt toả ra khi cân bằng:

Q₁ = m_sc_s(75 – t) = 92(75 – t)  (J)

Nhiệt lượng của nhôm và nước thu được khi cân bằng nhiệt:

Q₂ = m_nhc_nh(t – 20) = 460 (t – 20)  (J)

Q3 = m_nc_n(t – 20) = 493,24 (t – 20)  (J)

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: Q_toả = Q_thu

92 (75 – t) = 460(t – 20) + 493,24 (t – 20)

⇔ 92 (75 – t) = 953,24 (t – 20)

Giải ra ta được t ≈ 24,8°C

Bài 2. Một cốc nhôm m = l00g chứa 300g nước ở nhiệt độ 20°C. Người ta thả vào cốc nước một thìa đồng khối lượng 75g vừa rút ra từ nồi nước sôi 100°C. Xác định nhiệt độ của nước trong cốc khi có sự cân bằng nhiệt. Bỏ qua các hao phí nhiệt ra ngoài. Lấy C_Al = 880 J/kg.K, C_Cu = 380 J/kg.K, C_H2O = 4190 J/kg.K.

Trả lời:

Nhiệt lượng tòa ra: Q_cu = m_cu.C_cu (t₂ − t) = 2850 − 28,5t

Nhiệt lượng thu vào: Q_H2O = m_H2O.C_H2O(t – t₁) = 1257.t − 25140

Q_Al = m_Al.C_Al(t – t₁) = 88.t −1760

Theo điều kiện cân bằng nhiệt:

 Q_tỏa = Q_thu → 2850 − 28,5t = 1257.t − 25140 + 88.t − 1760 → t = 21,7°C

Bài 3. Một cái cốc đựng 200cc nước có tổng khối lượng 300g ở nhiệt độ 30°C. Một người đổ thêm vào cốc l00cc nước sôi. Sau khi cân bằng nhiệt thì có nhiệt độ 50°C. Xác định nhiệt dung riêng của chất làm cốc, biết C_H2O = 4200 J/kg.K, khối lượng riêng của nước là lkg/ lít.

Trả lời:

1 cc = lml = 10^-6m³

Khối lượng ban đầu của nước trong cốc: m₁ = V₁. ρ_n = 200g

Khối lượng cốc: m = 300 − 200 = 100g

Nhiệt lượng do lượng nước thêm vào tỏa ra khi từ 100° đến 50°:

Q₂ = m₂.C_n (100 − 50)

Nhiệt lượng do lượng nước trong cốc thu vào để tăng từ 30° đến 50°:

Q' = m₁.C_n.(50 − 30)

Nhiệt lượng do cốc thu vào khi tăng từ 30° đến 50°: Q_C = m.C_c. (50 − 30)

Theo điều kiện cân bằng nhiệt: Q_tỏa = Q_thu  Q' + Q_C = Q₂

→m.C_c.( 50 − 30 ) + rm.C_n.(50 − 30 ) = m₂.C_n (100 − 50 ) → C = 2100 J/.Kg.K

------------------------

Trên đây Top lời giải đã cùng các bạn tìm hiểu về cách làm thay đổi nội năng, hy vọng qua bài viết các bạn sẽ có thêm nhiều thông tin hữu ích cần thiết.