Bài 3. NỘI NĂNG. ĐỊNH LUẬT 1 CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
I. NỘI NĂNG
1. Khái niệm về nội năng
Nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng tương tác giữa các phân tử cấu tạo nên vật.
Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ T và thể tích V của vật.
U = f(T,V)
2. Mối liên hệ giữa nội năng và năng lượng của các phân tử tạo nên vật
Khi năng lượng của các phân tử cấu tạo nên vật tăng thì nội năng của vật tăng và ngược lại.
II. CÁC CÁCH LÀM THAY ĐỔI NỘI NĂNG
1. Thực hiện công
– Quá trình thực hiện công làm cho nội năng của vật thay đổi
– Vật nhận công thì nội năng tăng ; vật thực hiện công cho vật khác thì nội năng giảm.
2. Truyền nhiệt
Khi 2 vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau thì xảy ra quá trình truyền nhiệt. Quá trình này làm thay đổi nội năng của vật.
| Thực hiện công | Truyền nhiệt | |
|
Ví dụ |
|
 |
|
Đặc điểm |
Có sự chuyển hóa từ năng lượng khác sang nội năng | Không có sự chuyển hóa từ năng lượng khác sang nội năng mà nội năng chuyển từ vật này sang vật khác |
3. Công của khối khí thực hiện khi áp suất không đổi (quá trình đẳng áp)
\(\left| A \right| = p\left| {\Delta V} \right|\)
Với :
p là áp suất của chất khí (N/m2 hay Pa)
\(\Delta V = {V_2} – {V_1}\) là độ biến thiên thể tích (m3)
4. Nhiệt lượng – nhiệt dung riêng
a) Nhiệt lượng
– Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt gọi là nhiệt lượng. Nhiệt lượng vật trao đổi (tỏa ra hoặc nhận vào) được xác định bằng công thức:
\(Q = mc\Delta t\)
Với:
\(\Delta t = \Delta T = {t_2} – {t_1} = {T_2} – {T_1}\)
c : nhiệt dung riêng của chất (J/kg.K) (phụ thuộc vào bản chất của chất tạo nên vật).
b) nhiệt dung riêng
Nhiệt dung riêng của 1 chất có giá trị bằng nhiệt lượng để làm tăng nhiệt độ của 1 kg chất đó lên 1 K
\(c = \frac{Q}{{m\left( {{t_2} – {t_1}} \right)}}\)
Q > 0 : Vật nhận nhiệt lượng, nhiệt độ của vật tăng lên.
Q < 0 : Vật truyền nhiệt cho vật khác, nhiệt độ của vật giảm xuống.
c) Đơn vị đo nhiệt lượng: Jun (J)
Ngoài ra: 1 cal = 4,186 J
III. ĐỊNH LUẬT 1 CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
1. Định luật 1 của nhiệt động lực học
Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được.
\(\Delta U = A + Q\)
Với :
\(\Delta U = {U_2} – {U_1}\) là độ biến thiên nội năng.
\(\Delta U > 0\): nội năng tăng ; \(\Delta U < 0\): nội năng giảm.
Q > 0 : vật nhận nhiệt lượng ; Q < 0 : vật truyền nhiệt lượng.
A > 0 : Vật nhận công ; A < 0 : vật thực hiện công.
2. Khối khí thực hiện chu trình
Khi khối khí thực hiện một chu trình kín (gọi là 1 chu trình), ta có \(\Delta U = 0\)
suy ra: Q = -A
Vậy: Khối khí nhận nhiệt từ môi trường thì nhiệt lượng đó chuyển thành công thực hiện ra bên ngoài.
3. Sự tương đương giữa công và nhiệt lượng
Vì sự thực hiện công và truyền nhiệt lượng đều là những cách làm biến đổi nội năng nên chúng tương đương nhau.
4. Vận dụng định luật I NĐLH cho động cớ nhiệt
– Định luật I nhiệt động lực học có thể dùng để giải thích nhiều hiện tượng trong đời sống và kỉ thuật. Chẳng hạn giải thich nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ nhiệt.
– Mỗi động cơ nhiệt đều phải có ba bộ phận cơ bản là :
+ Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng (Q1).
+ Bộ phận phát động gồm vật trung gian nhận nhiệt sinh công (A) gọi là tác nhân và các thiết bị phát động.
+ Nguồn lạnh để thu nhiệt lượng do tác nhân toả ra (Q2).
