Việc học tập môn vật lý muốn đạt kết quảtốt thì trong quá trình nhận thức
cần phải biết đối chiếu những khái niệm, định luật, mô hình vật lý – những sản
phẩm do trí tuệcon người sáng tạo – với thực tiễn khách quan đểnắm vững được
bản chất của chúng; biết chúng được sửdụng đểphản ánh, miêu tả, biểu đạt đặc
tính gì, quan hệnào của hiện thực khách quan cũng nhưgiới hạn phản ánh đến
đâu.
Đối với học sinh trung học phổthông, bài tập vật lý là một phương tiện quan
trọng giúp học sinh rèn luyện kỹnăng, kỹxảo vận dụng lý thuyết đã học vào thực
tiễn. Việc giải bài tập vật lý giúp các em ôn tập, cũng cố, đào sâu, mởrộng kiến
thức, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát đểgiải quyết các vấn đề
của thực tiễn. Ngoài ra, nó còn giúp các em làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển
khảnăng tưduy cũng nhưgiúp các em tựkiểm tra mức độnắm kiến thức của bản
thân.
Tuy nhiên, các em còn gặp nhiều khó khăn trong việc giải bài tập vật lý như:
không tìm được hướng giải quyết vấn đề, không vận dụng được lý thuyết vào việc
giải bài tập, không tổng hợp được kiến thức thuộc nhiều phần của chương trình
đã học đểgiải quyết một vấn đềchung,.hay khi giải các bài tập thì thường áp
dụng một cách máy móc các công thức mà không hiểu rỏý nghĩa vật lý của
chúng.
Ngoài ra, đềtài này có nội dung gần và thiết thực với nội dung kiến tập, thực
tập cũng nhưcông việc giảng dạy vềsau của sinh viên. Do đó, em đã chọn đềtài
này.
Nếu nghiên cứu đềtài thàng công sẽgóp phần giúp việc học tâp môn vật lý
của học sinh tốt hơn, đồng thời cũng giúp cho việc học tập và việc giảng dạy về
sau của sinh viên
105 trang |
Chia sẻ: lvbuiluyen | Lượt xem: 3565 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Phương pháp giải từng dạng bài tập cụ thể của Vật lý phân tử và nhiệt học lớp 10,11, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG…………..
Luận văn
Phương pháp giải từng dạng bài
tập cụ thể của Vật lý phân tử và
nhiệt học lớp 10,11
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 1
A – MỞ ĐẦU
1. Lý do của việc chọn đề tài:
Việc học tập môn vật lý muốn đạt kết quả tốt thì trong quá trình nhận thức
cần phải biết đối chiếu những khái niệm, định luật, mô hình vật lý – những sản
phẩm do trí tuệ con người sáng tạo – với thực tiễn khách quan để nắm vững được
bản chất của chúng; biết chúng được sử dụng để phản ánh, miêu tả, biểu đạt đặc
tính gì, quan hệ nào của hiện thực khách quan cũng như giới hạn phản ánh đến
đâu.
Đối với học sinh trung học phổ thông, bài tập vật lý là một phương tiện quan
trọng giúp học sinh rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết đã học vào thực
tiễn. Việc giải bài tập vật lý giúp các em ôn tập, cũng cố, đào sâu, mở rộng kiến
thức, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát để giải quyết các vấn đề
của thực tiễn. Ngoài ra, nó còn giúp các em làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển
khả năng tư duy cũng như giúp các em tự kiểm tra mức độ nắm kiến thức của bản
thân.
Tuy nhiên, các em còn gặp nhiều khó khăn trong việc giải bài tập vật lý như:
không tìm được hướng giải quyết vấn đề, không vận dụng được lý thuyết vào việc
giải bài tập, không tổng hợp được kiến thức thuộc nhiều phần của chương trình
đã học để giải quyết một vấn đề chung,...hay khi giải các bài tập thì thường áp
dụng một cách máy móc các công thức mà không hiểu rỏ ý nghĩa vật lý của
chúng.
Ngoài ra, đề tài này có nội dung gần và thiết thực với nội dung kiến tập, thực
tập cũng như công việc giảng dạy về sau của sinh viên. Do đó, em đã chọn đề tài
này.
Nếu nghiên cứu đề tài thàng công sẽ góp phần giúp việc học tâp môn vật lý
của học sinh tốt hơn, đồng thời cũng giúp cho việc học tập và việc giảng dạy về
sau của sinh viên.
3. Mục đích nghiên cứu:
Việc nghiên cứu đề tài này nhằm tìm cách để giải bài tập một cách dể hiểu,
cơ bản, từ thấp đến cao, giúp học sinh có kỹ năng giải quyết tốt các bài tập, hiểu
được ý nghĩa vật lý của từng bài đã giải, rèn luyện thói quen làm việc độc lập,
sáng tạo, phát triển khả năng tư duy,...giúp các em học tập môn Vật lý tốt hơn.
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 2
3. Đối tượng nghiên cứu:
Các bài tập Vật lý phân tử và Nhiệt học lớp 10,11.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu:
Phân loại được các bài tập Vật lý phân tử và nhiệt học trong chương trình
Vật lý lớp 10,11.
Đề ra phương pháp giải bài tập Vật lý nói chung, phương pháp giải các loại
bài tập vật lý theo phân loại, phương pháp giải từng dạng bài tập cụ thể của Vật lý
phân tử và nhiệt học lớp 10,11(các bài tập cơ bản, phổ biến mà học sinh lớp
10,11 thường gặp ).
5. Phương pháp nghiên cứu:
Sử dụng kết hợp nhiều phương pháp: so sánh, đối chiếu, phân tích, tổng
hợp,...
6. Đóng góp của đề tài:
Đề tài có thể hỗ trợ cho việc học tập và giảng dạy môn vật lý lớp 10, lớp11,
làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành sư phạm vật lý.
Qua quá trình nghiên cứu đề tài giúp cho bản thân tôi nâng cao nhận thức về
phân loại và giải các bài tập vật lý phân tử và nhiệt học.
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 3
B- NỘI DUNG
PHẦN I
TÓM TẮT LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ VẬT LÝ PHÂN TỬ VÀ NHIỆT HỌC
Chương I
CHẤT KHÍ
I. Những cơ sở của thuyết động học phân tử:
1.1 Thuyết động học phân tử:
Nội dung:
a. Các chất có cấu tạo gián đoạn và gồm một số rất lớn các phân tử. Các
phân tử lại được cấu tạo từ các nguyên tử.
b. Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng. Cường độ chuyển động
biểu hiện nhiệt độ của hệ.
c. Kích thước phân tử rất nhỏ ( khoảng 10-10cm ) so với khoảng cách giữa
chúng. Số phân tử trong một thể tích nhất định là rất lớn. Trong nhiều trường hợp
có thể bỏ qua kích thước của các phân tử và coi mỗi phân tử như một chất điểm.
d. Các phân tử không tương tác với nhau trừ lúc va chạm. Sự va chạm giữa
các phân tử và giữa phân tử với thành bình tuân theo những định luật về va chạm
đàn hồi của cơ học Newton.
Các giả thuyết a, b đúng với mọi chất khí còn các giả thuyết c, d chỉ đúng
với chất khí lý tưởng.
1.2 Áp suất và nhiệt độ chất khí theo quan điểm của thuyết động học phân
tử:
1.2.1 Áp suất:
- Định nghĩa:
Lực của các phân tử chất khí tác dụng vuông góc lên một đơn vị điện tích
trên thành bình chính là áp suất của chất khí:
S
Fp ∆=
Trong đó: F là lực tác dụng của các phân tử khí lên đơn vị diện tích.
- Công thức:
wnp
3
2=
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 4
Trong đó:
p : Áp suất chất khí
n : Mật độ phân tử khí
: Động năng trung bình chuyển động vì nhiệt của các phân tử. w
- Đơn vị:
Trong hệ SI, đơn vị áp suất là Newton/met vuông, ký hiệu là N/m2 hay
Pascal, ký hiệu là Pa:
1N/m2 = 1Pa
Ngoài ra, áp suất còn được đo bằng:
Atmôtphe kỹ thuật, ký hiệu là at:
1at = 9,81.104 N/m2 = 736 mmHg
Atmôtphe vật lý, ký hiệu là atm:
1atm = 10,13.104 N/m2 = 760 mmHg = 1,033 at
1.2.2 Nhiệt độ:
Nhiệt độ theo quan điểm động học phân tử là đại lượng đặc trưng cho tính
chất vĩ mô của vật, thể hiện mức độ nhanh hay chậm của chuyển động hỗn loạn
của các phân tử cấu tạo nên vật đó:
w
3
2=θ
Thang nhiệt độ:
- Mối liên hệ giữa nhiệt độ tính theo các nhiệt giai khác nhau:
+ Nhiệt độ T tính theo nhiệt giai Kelvin và nhiệt độ t tính theo nhiệt giai
Celcius:
T = 273,15o + t
+ Nhiệt độ TF tính theo nhiệt giai Fahrenheit và nhiệt độ t tính theo nhiệt
giai Celcius:
oF tT 325
9 +=
- Công thức về mối liên hệ giữa nhiệt độ đo bằng năng lượng với nhiệt độ đo
bằng đơn vị độ:
KTw ==
3
2θ
Suy ra:
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 5
KTw
2
3=
Trong đó, K = 1,38.10-28 J/K.
T = 0K được gọi là độ không tuyệt đối và nhiệt giai Kelvin được gọi là nhiệt
giai tuyệt đối.
Vì ý nghĩa vật lý của nhiệt độ gắn liền với động năng trung bình của chuyển
động tịnh tiến của phân tử nên nhiệt độ có tính chất thống kê. Không thể nói nhiệt
độ của một phân tử hay của một số ít phân tử cũng như không thể nói phân tử
“nóng” hay phân tử “lạnh”. Ở những nơi có một số rất ít phân tử khí thì cũng
không thể đặt vấn đề đo nhiệt độ của khí ở những nơi đó được.
1.3 Các định luật thực nghiệm và phương trình trạng thái của khí lý tưởng:
1.3.1 Mẫu khí lý tưởng có các đặc điểm sau:
- Khí lý tưởng gồm một số rất lớn các phân tử có kích thước rất nhỏ so với
khoảng cách trung bình giữa chúng; các phân tử chuyển động nhiệt hỗn loạn
không ngừng.
- Lực tương tác của các phân tử là không đáng kể trừ lúc va chạm.
- Sự va chạm giữa các phân tử và giữa phân tử với thành bình là va chạm
hoàn toàn đàn hồi.
1.3.2 Thông số trạng thái và phương trình trạng thái:
- Mỗi tính chất vật lý của hệ được đặc trưng bởi một đại lượng vật lý được
gọi là thông số trạng thái của hệ như: áp suất p, nhiệt độ T, thể tích V, ...
- Phương trình nêu lên mối liên hệ giữa các thông số p,V,T của một khối
lượng khí xác định được gọi là phương trình trạng thái; dạng tổng quát: p = f(V,T).
1.3.3 Định luật Boyle – Mariotte (Quá trình đẳng nhiệt) :
a. Định luật:
Với một khối lượng khí xác định, ở nhiệt độ không đổi (T=const), tích số giữa
thể tích và áp suất là một hằng số.
b. Hệ thức:
p1V1 = p2V2
Hay pV = const
c. Đường đẳng nhiệt:
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 6
Trong hệ tọa độ OpV, các đường đẳng nhiệt là các đường hyperbol biểu
diễn mối liên hệ giữa p và V. Tập hợp các đường đẳng nhiệt được gọi là họ các
đường đẳng nhiệt.
T2
T1
p
V
1.3.4 Định luật Charles ( Quá trình đẳng tích ) :
a. Định luật:
Khi thể tích không đổi thì áp suất của một khối lượng khí cho trước biến
thiên bậc nhất theo nhiệt độ.
b. Hệ thức:
const
T
p =
Định luật Charles viết theo nhiệt giai Celcius: )1( tpp ot α+=
Trong đó:
pt : Áp suất ở toC
po : Áp suất ở 0oC
: Hệ số nhiệt biến đổi áp suất đẳng tích của khí.
273
1=α
c. Đường đẳng tích:
- 273
p V1
V2
toC
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 7
1.3.5 Định luật Gay – Lussac ( Quá trình đẳng áp):
a. Định luật:
Khi áp suất không đổi thì thể tích của một khối lượng khí cho trước biến
thiên bậc nhất theo nhiệt độ.
b. Hệ thức:
const
T
V =
Định luật Gay – Lussac viết theo nhiệt giai Celcius:
Vt =Vo ( 1 + αt )
Trong đó:
Vt : thể tích khí ở toC
Vo : thể tích khí ở 0oC
: hệ số nhiệt giãn đẳng áp của chất khí.
c. Đường đẳng áp:
1.3.6 Định luật Dalton:
a. Định luật:
Áp suất của hỗn hợp khí bằng tổng các áp suất riêng phần của các khí thành
phần tạo nên hỗn hợp.
b. Hệ thức:
p = p1 + p2 + ... + pn
1.3.7 Phương trình trạng thái khí lý tưởng:
Từ hai định luật Boyle – Mariotte và Charles ta xác định được phương trình
trạng thái khí lý tưởng:
const
T
pV =
273
=α 1
p2
p1V
T
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
Phương trình Claypeyron – Mendeleev:
Từ hai hệ thức đã biết:
wnp
3
2=
TKw
2
3=
Suy ra: (n là mật độ phân tử khí). TKnp =
Gọi N là số phân tử khí trong thể tích V, ta được:
KT
V
Np = (1)
Trong một kmol khí bất kì chứa một số phân tử là NA = 6,23.1026 kmol-1. Nếu
gọi µ là khối lượng một kmol khí, m là khối lượng của khối khí ta sẽ có:
AN
Nm =µ
Suy ra:
AN
mN µ=
Thay vào (1), ta được:
KTNmpV Aµ= (2)
Đặt : R = NAK gọi là hằng số khí lý tưởng.
R = 8,31.103 J/kmol.K
Thay R vào (2), ta được:
RTmpV µ=
Phương trình khí lý tưởng viết như trên được gọi là phương trình Claypeyron
– Mendeleev.
1.4 Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử:
1.4.1 Các vận tốc đặt trưng của phân tử khí (theo Maxwell):
a. Vận tốc có xác suất cực đại:
µ
RT
m
KTvm
22 ==
Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 8
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 9
b. Vận tốc căn trung bình số học:
µππ
RT
m
KTv 88 ==
c. Vận tốc căn trung bình bình phương (vận tốc căn quân phương) :
µ
RT
m
KTv 33 ==
Chú ý:
vvvm <<
1.4.2 Sự phân bố mật độ phân tử khí trong trường lực đều (Phân bố
Bolzmann):
a. Công thức khí áp:
RT
zg
o epp
µ−=
b. Công thức về sự phân bố mật độ phân tử theo độ cao:
RT
zg
o enn
µ−=
1.4.3 Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử chất khi:
wnp 3
2=
II. Sự va chạm của các phân tử và các hiện tượng truyền trong chất khí:
2.1 Quãng đường tự do trung bình:
Khoảng cách trung bình mà một phân tử chuyển động hoàn toàn tự do giữa
hai va chạm kế tiếp nhau được gọi là quãng đường tự do trung bình của các phân
tử, ký hiệu là: λ
Biểu thức:
22
1
dnπλ =
Trong đó:
d : Đường kính của phân tử
v : Vận tốc chuyển động của phân tử
n : Mật độ phân tử.
2.2 Các hiện tượng truyền trong chất khí:
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 10
Các phân tử khí chuyển động nhiệt hỗn loạn, đồng thời chuyển từ vùng nọ
sang vùng kia tạo nên các hiện tượng truyền trong chất khí.
2.2.1 Hiện tượng khuếch tán:
Tại miền không gian chứa một chất khí mà khối lượng riêng của chất khí đó
chưa đồng nhất thì sẽ xảy ra hiện tượng khuếch tán tức là có sự truyền khối
lượng khí từ chổ có khối lượng riêng lớn đến chổ có khối lượng riêng nhỏ. Khi
khối lượng riêng của chất khí đồng nhất tại mọi điểm trong không gian thì hiện
tượng khuếch tán dừng lại. Bản chất của hiện tượng khuếch tán là sự vận chuyển
các phân tử.
Biểu thức tính hệ số khuếch tán D:
Pd
TKTRvD
22
8
3
1
3
1
πµπλ ==
Đơn vị của D trong hệ SI là m2/s.
D tỉ lệ nghịch với P và tỉ lệ thuận với T, nghĩa là áp suất càng thấp thì hệ số
khuếch tán càng cao và nhiệt độ càng cao thì hệ số khuếch tán càng lớn. Ngoài
ra, hệ số khuếch tán còn phụ thuộc vào bản chất của chất khí.
2.2.2 Hiện tượng truyền nhiệt:
Trong một môi trường (rắn, lỏng, khí) có sự phân bố nhiệt không đều thì sẽ
tồn tại một dòng nhiệt hướng từ những miền có nhiệt độ cao của môi trường sang
miền có nhiệt độ thấp hơn.
Trong chất khí, hiện tượng truyền nhiệt là do các phân tử khí chuyển động
nhiệt hỗn loạn va chạm với nhau nên động năng truyền từ nơi có nhiệt độ cao
sang nơi có nhiệt độ thấp hơn. Bản chất của hiện tượng truyền nhiệt là sự truyền
năng lượng.
Cần lưu ý nhiệt lượng là sự trao đổi năng lượng chứ không phải là năng
lượng.
Biểu thức xác định hệ số dẫn nhiệt:
Knvi λχ
6
=
Trong đó: i là bậc tự do:
Phân tử có 1 nguyên tử: i = 3
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 11
Phân tử có 2 nguyên tử: i = 5
Phân tử có từ 3 nguyên tử trở lên: i = 6
Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất chất khí.
2.2.3 Hiện tượng nội ma sát:
Hiện tượng nội ma sát trong chất khí là hiện tượng sinh ra lực ma sát giữa
các lớp khí chuyển động thành những dòng (hoặc lớp) khí với những vận tốc khác
nhau.
Biểu thức của hệ số nội ma sát (còn gọi là hệ số nhớt) :
ρλη v
3
1=
Trong đó: ρ là khối lượng riêng của chất khí .
Hệ số ma sát phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của chất khí.
III.Nội năng của khí lý tưởng:
3.1 Nội năng:
Nội năng là một dạng năng lượng bên trong của một hệ, nó chỉ phụ thuộc
vào trạng thái của hệ. Nội năng bao gồm tổng động năng chuyển động nhiệt của
các phân tử cấu tạo nên hệ và thế năng tương tác giữa các phân tử đó.
Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích: Khi nhiệt độ thay đổi thì động
năng của các phân tử thay đổi dẫn đến nội năng của hệ thay đổi; khi thể tích thay
đổi thì khoảng cách giữa các phân tử thay đổi làm cho thế năng tương tác giữa
chúng thay đổi nên sẽ làm nội năng của hệ thay đổi.
Có hai cách làm biến đổi nội năng là thực hiện công và truyền nhiệt.
3.2 Công và nhiệt lượng:
3.2.1 Công:
Xét về bản chất vật lý có thể hiểu công cơ học là phần năng lượng đã được
biến đổi từ dạng này sang dạng khác hoặc là phần năng lượng (trừ trường hợp
năng lượng chuyển động nhiệt) đã được truyền từ nơi này đến nơi khác.
Đơn vị của công là J.
a. Công thực hiện trong quá trình:
Giả sử ta có một quá trình chuẩn cân bằng (quá trình thuận nghịch) của một
hệ, với biến thiên thể tích dV khá nhỏ bao giờ ta cũng có thể coi như áp suất của
hệ không thay đổi.
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
Công nguyên tố : dA = pdV
Công thực hiện trong cả quá trình chuẩn cân bằng đi từ trạng thái C1 đến
trạng thái C2 bằng tổng các công dA:
∫∫ == 2
1
V
V
pdVdAA
Trong đó, V1, V2 là thể tích của hệ ở trạng thái C1 và C2 tương ứng.
- Công trong quá trình đẳng tích:
dA = pdV = 0 (dV = 0)
0== ∫ dAA
- Công trong quá trình đẳng áp: p = const
)( 12
2
1
2
1
VVpdVppdVA
V
V
V
V
−=== ∫∫
- Công trong quá trình đẳng nhiệt: T = const
dV
V
RTmpdVdA µ==
2
1ln
p
pRTmA µ=
b. Công trong quá trình đoạn nhiệt:
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −=
1
2
1 1 T
TTCmA Vµ
c. Công thực hiện trong chu trình:
∫∫ == pdVdAA
Trong đó, ∫ là tích phân lấy theo đường cong kín biểu diễn chu trình.
3.2.2 Nhiệt lượng:
Phần năng lượng mà vật nhận được hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt
được gọi là nhiệt lượng và được tính bằng công thức:
Q = mc(t2 – t1) = mc∆t
Trong đó:
c: Nhiệt dung riêng của chất cấu tạo nên vật (J/kg.K)
m: Khối lượng của vật (kg)
Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 12
∆t: Độ biến thiên nhiệt độ
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
Q: Nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa ra.
Phương trình cân bằng nhiệt: Q1 + Q2 = 0
3.3 Nhiệt dung riêng và nhiệt dung riêng phân tử:
Nhiệt dung riêng của một chất bất kỳ là một đại lượng vật lý có giá trị bằng
nhiệt lượng cần truyền cho một đơn vị khối lượng chất đó để làm tăng nhiệt độ
thêm 1o. Kí hiệu là c.
Nhiệt dung riêng phân tử của một chất bất kỳ là một đại lượng vật lý có giá trị
bằng nhiệt lượng cần truyền cho một kmol chất ấy để làm tăng nhiệt độ thêm 1o.
Kí hiệu C.
Ta có: C = µc
Đơn vị của c và C là J/kg.K
Nhiệt dung riêng phân tử đẳng tích:
V
V dT
dQC ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
Nhiệt dung riêng phân tử đẳng áp:
p
p dT
dQC ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
3.4 Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học:
Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học là sự vận dụng định luật bảo toàn
và chuyển hóa năng lượng vào các hiện tượng nhiệt.
3.4.1 Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng:
Trong một hệ kín có sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác
nhưng năng lượng tổng cộng được bảo toàn.
3.4.2 Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lưc học:
Nhiệt lượng truyền cho hệ làm biến thiên nội năng của hệ và biến thành công
mà hệ thực hiện lên các hệ khác.
Biểu thức: Q = ∆U + A
Trong đó: Q: Nhiệt lượng truyền cho vật
A: Công do vật thực hiện
∆U: Độ biến thiên nội năng của vật.
3.4.3 Áp dụng nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học cho khí lý
tưởng:
a. Nội năng và công của khí lý tưởng:
Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 13
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
Do bỏ qua tương tác giữa các phân tử khí lý tưởng (Trừ lúc va chạm) nên
nội năng của khí lý tưởng chỉ bao gồm tổng động năng chuyển động nhiệt của các
phân tử và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của khí.
Biểu thức tính công của khí lý tưởng khi giãn nở:
A = p (V2 – V1) = p ∆V (Với p = Const)
Nếu: ∆V > 0, khí sinh công; ∆V < 0, khí nhận công.
b. Áp dụng nguyên lý thứ nhất cho các quá trình của khí lý tưởng:
- Quá trình đẳng tích: Trong quá trình này, nhiệt lượng mà khí nhận được chỉ
dùng làm tăng nội năng của khí: Q = ∆U
- Quá trình đẳng áp: Một phần nhiệt lượng mà khí nhận vào được dùng làm
tăng nội năng của khí, phần còn lại biến thành công mà khí thực hiện: Q = ∆U + A
- Quá trình đẳng nhiệt: Toàn bộ nhiệt lượng mà khí nhận được chuyển hết
thành công mà khí sinh ra: Q = A
- Chu trình:
Chu trình là một quá trình mà trạng thái cuối của nó trùng với trạng thái
đầu.
Nhiệt lượng mà hệ nhận được trừ đi nhiệt lượng tỏa ra trong cả chu
trình chuyển hết thành công của chu trình đó.
Biểu thức: Q = A
Trong đó: A = A1 – A2 > 0: Công trong toàn bộ chu trình.
Q = Q1 – Q2 : Tổng đại số nhận được trong chu trình ( Q1 là
nhiệt lượng nhân vào, Q2 là nhiệt lượng tỏa ra).
- Quá trình đoạn nhiệt:
Trong quá trình đoạn nhiệt hệ được cách nhiệt tốt nên không có sự trao
đổi nhiệt giữa hệ và môi trường xung quanh, nghĩa là: Nếu công thực hiện bởi hệ
(A > 0) thì phải có sự giảm nội năng của hệ; ngược lại, nếu công thực hiện trên hệ
(A < 0) thì phải có sự tăng nội năng của hệ.
Biểu thức: A = - ∆U
3.4.4 Hiệu suất của động cơ nhiệt:
2
21
1 Q
QQ
Q
AH
−==
Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 14
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 15
Chương II
CHẤT RẮN
I. Sơ lược về chất rắn:
Khoảng cách giữa các phân tử chất rắn nhỏ, mật độ phân tử lớn, các phân
tử không chuyển động nhiệt hỗn loạn mà dao động quanh vị trí cân bằng, lực liên
kết phân tử lớn. Do đó, chất rắn có hình dạng và thể tích