Các nguyên lý nhiệt động lực học là tổng hợp khá đầy đủ các dạng bài cùng phương pháp giải rõ ràng dễ hiểu, chi tiết, giúp các em nắm chắc cách làm tự luận, đồng thời rèn luyện kỹ năng làm bài trong các bài tập cơ bản cũng như nâng cao. Về phần dạng này liên quan một phần đến kiến thức bậc trung học cơ sở, nên nếu các em học tốt ở cấp hai thì học các nguyên lý nhiệt động lực học sẽ đơn giản, dễ dàng hơn.
Các dạng bài tập và phương pháp giải nguyên lý nhiệt động lực học
Dạng 1: Tính toán các đại lượng liên quan đến công, nhiệt và độ biến thiên nội năng
Áp dụng nguyên lý I: ∆U = A + Q
Trong đó: ∆U : biến thiên nội năng (J)
A: công (J)
• Qui ước:
+ ∆ U > 0 nội năng tăng, ∆U < 0 nội năng giảm.
+ A > 0 vật nhận công , A < 0 vật thực hiện công
+ Q > 0 vật nhận nhiệt lượng, Q < 0 vật truyền nhiệt lượng.
Chú ý:
a.Quá trình đẳng tích:
∆ V = 0 ⇒ A= 0 nên ∆U = Q
b. Quá trình đẳng nhiệt
T= 0 ⇒ ∆U = 0 nên Q = -A
c. Quá trình đẳng áp
- Công giãn nở trong quá trình đẳng áp: A = p(V2 - V1)= p.ΔV
p = hằng số: áp suất khối khí.
V1, V2: thể tích lúc đầu, lúc sau của khí.
- Có thể tính công bằng công thức: A = P. V1/T1 .(T2 - T1) nếu bài toán không cho V2)
Đơn vị thể tích V (m³), đơn vị của áp suất p (N/m²) hoặc Pa
Dạng 2: Bài toán về hiệu suất động cơ nhiệt
- Hiệu suất thực tế: H = ΙAI / Q1 (%)
- Hiệu suất lý tưởng: Hmax = (T1 -T2) /T1 = 1 - T2/T1 ( H≤ Hmax)
Bài tập vận dụng các nguyên lý nhiệt động lực học
Bài 1: một bình kín chứa 2g khí lý tưởng ở 200C được đun nóng đẳng tích để áp suất khí tăng lên 2
lần.
a. Tính nhiệt độ của khí sau khi đun.
b. Tính độ biến thiên nội năng của khối khí, cho biết nhiệt dung riêng đẳng tích khí là 3
12,3.10 J/kg.K
Bài 2: Một lượng khí ở áp suất 2.10^4 N/m² có thể tích 6 lít. Được đun nóng đẳng áp khí nở ra và có thể tích là8 lít. Tính:
a.Công do khí thực hiện
b.Độ biến thiên nội năng của khí. Biết khi đun nóng khí nhận được nhiệt lượng 100 J.
Bài 3: Một khối khí có thể tích 10 lít ở áp suất 2.105N/m² được nung nóng đẳng áp từ 30°C đến 150°C. Tính công do khí thực hiện trong quá trình trên.
Bài 4: Một động cơ nhiệt lý tưởng hoạt động giữa hai nguồn nhiệt 100°C và 25,4ºC, thực hiện công 2kJ.
a. Tính hiệu suất của động cơ, nhiệt lượng mà động cơ nhận từ nguồn nóng và nhiệt lượng mà nó truyền cho nguồn lạnh.
b. Phải tăng nhiệt độ của nguồn nóng lên bao nhiêu để hiệu suất động cơ đạt 25%?
Bài 5: Một máy hơi nước có công suất 25KW, nhiệt độ nguồn nóng là t1 = 220°C, nguồn lạnh là t2 = 62°C. Biết hiệu suất của động cơ này bằng 2/3 lần hiệu suất lí tưởng ứng với 2 nhiệt độ trên. Tính lượng than tiêu thụ trong thời gian 5 giờ. Biết năng suất tỏa nhiệt của than là q = 34.10^6 J.
Trắc nghiệm vật lý đại cương nhiệt học
Trên đây là toàn bộ các dạng bài cũng như phương pháp giải của phần các nguyên lý nhiệt động lực học mà chúng tôi đã chọn lọc và tổng hợp, vừa để các em quen tay với các bài cơ bản, vừa thử thách các em ở các bài nâng cao, đòi hỏi phải hiểu kỹ và có tư duy nhanh, sâu. Chúc các em học tốt!