Bài 2: NỘI NĂNG. ĐỊNH LUẬT I CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

---

I. KHÁI NIỆM NỘI NĂNG

1.1. Nội năng của một vật là gì?
Các phân tử cấu tạo nên vật luôn chuyển động không ngừng, nên chúng có động năng. Động năng này phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của phân tử.
Ngoài ra, giữa các phân tử còn có lực tương tác, tạo ra thế năng phân tử (phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng).

Nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng của tất cả các phân tử cấu tạo nên vật.
Kí hiệu: \(\Delta U\)
Đơn vị: Jun (J)

Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật.

Giải thích:

Khi nhiệt độ của vật tăng ⇒ động năng trung bình của các phân tử cấu tạo nên vật tăng ⇒ nội năng tăng.
Khi thể tích chất khí giảm ⇒ khí bị nén ⇒ khoảng cách giữa các phân tử giảm ⇒ lực tương tác tăng ⇒ thế năng phân tử tăng ⇒ nội năng tăng.

1.2. Thí nghiệm: Mối liên hệ giữa nội năng và năng lượng của các phân tử

Dụng cụ:

Ống nghiệm (1)

Nút bấc vừa khít miệng ống nghiệm (2)

Đèn cồn (3)

Giá đỡ (4)

Cách tiến hành:

Lắp ống nghiệm và nút bấc như hình 2.2.

Dùng đèn cồn đun nóng ống nghiệm cho đến khi nút bấc bật ra.

Quan sát và giải thích:

Khi đun nóng, nhiệt độ của khí trong ống nghiệm tăng → động năng phân tử tăng → nội năng tăng.

Khi áp suất khí tăng đủ lớn, nút bấc sẽ bị bật ra.

Kết luận:

Nội năng của vật tăng khi nhận nhiệt lượng từ bên ngoài.

Thí nghiệm cho thấy: Tăng nhiệt độ → tăng nội năng → làm thay đổi trạng thái của vật (ở đây là bật nút bấc).

II. ĐỊNH LUẬT I CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

Định luật I của nhiệt động lực học là sự áp dụng của định luật bảo toàn năng lượng vào trường hợp nội năng của vật thay đổi.
Nội năng của vật có thể thay đổi do:

Vật nhận công (bị tác động lực làm dịch chuyển).

Vật nhận nhiệt lượng (truyền nhiệt từ vật khác).

Nếu một vật đồng thời nhận được cả công và nhiệt lượng thì:

\(ΔU=A+Q\)

Trong đó:

\(ΔU\): Độ biến thiên nội năng của vật.

\(A\): Công mà vật nhận được (A > 0 nếu vật nhận công; A < 0 nếu vật thực hiện công).

\(Q\): Nhiệt lượng mà vật nhận được (Q > 0 nếu vật nhận nhiệt; Q < 0 nếu vật truyền nhiệt).

Ví dụ minh họa (Hình 2.3):

 

1.Ma sát đồng tiền hoặc nén một chất khí

Vật (đồng tiền hoặc chất khí) nhận công từ lực bên ngoài ⇒ A > 0.

Nội năng tăng ⇒ ΔU>0.

2.Đồng tiền nóng bỏ vào nước

Đồng tiền truyền nhiệt cho nước ⇒ Q < 0.

Nội năng giảm ⇒ ΔU<0.

3.Dùng đèn cồn nung nóng một chất khí

Chất khí nhận nhiệt lượng từ ngọn lửa ⇒ Q > 0.

Nội năng tăng ⇒ ΔU>0.

4. Ví dụ về độ biến thiên nội năng:

Trong thí nghiệm hình 2.3b; giả sử nhiệt lượng do đèn cồn cung cấp là \(2200 J\) và khí giãn nở thực hiện một công là \(1000 J\) thì độ biến thiên nội năng là:

\(\Delta U = A + Q = (-1000) + 2200 = 1200 J \)

Giải thích: Vì khí nhận nhiệt lượng nên Q > 0; khí thực hiện công nên A < 0;

Hiểu đơn giản:

Nội năng tăng khi vật nhận nhiệt hoặc nhận công.

Nội năng giảm khi vật mất nhiệt hoặc thực hiện công.

 

---

Bài tập ôn tập (29 tổng câu hỏi)

*Lưu ý: làm hết câu này rồi đến câu khác. Xin đừng nôn nóng.

---