Giải SGK Vật lí 12 Cánh diều Bài 2. Định luật I của nhiệt động lực học có đáp án
6 câu hỏi
Khi được mài (Hình 2.1), lưỡi dao không chỉ sắc hơn mà còn nóng lên. Nó cũng nóng lên khi được nhúng vào nước nóng. Trong hai trường hợp này, dù theo các cách khác nhau nhưng lưỡi dao đều nhận thêm năng lượng. Phần năng lượng nhận được thêm này có liên hệ gì với năng lượng của các phân tử cấu tạo nên lưỡi dao?
Phần năng lượng nhận thêm làm cho các phân tử chất cấu tạo nên lưỡi dao chuyển động nhanh hơn, tốc độ phân tử tăng, động năng phân tử tăng, năng lượng các phân tử sẽ tăng lên.
Hãy lập luận để chứng tỏ nội năng của một bình khí có liên hệ với nhiệt độ và thể tích của khí trong bình.
Nội năng là tổng động năng và thế năng phân tử.
Động năng phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của phân tử, nhiệt độ càng cao thì tốc độ chuyển động càng tăng, dẫn đến động năng tăng.
Thế năng phân tử phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử, thể tích thay đổi thì khoảng cách giữa các phân tử thay đổi dẫn đến thế năng phân tử thay đổi.
Suy ra nội năng của vật phụ thuộc vào động năng và thế năng phân tử hay nói cách khác là phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích vật.
Vì sao khi nén khí trong xilanh, thế năng tương tác phân tử và nội năng của lượng khí đó thay đổi?
Khi khí bị nén thì khoảng cách giữa các phân tử khí giảm, do đó thế năng tương tác phân tử giảm, dẫn đến nội năng của lượng khí đó giảm. Tuy nhiên trong điều kiện nén khí từ từ, không làm nóng khối khí, trong trường hợp nén nhanh sinh ra ma sát làm nóng khối khí thì nội năng sẽ tăng vì khi nén nhanh khối khí bị nóng lên, các phân tử khí chuyển động nhanh hơn, động năng phân tử tăng.
Lấy ví dụ thực tế về sự thay đổi nội năng của hệ bằng cách thực hiện công và ví dụ về sự thay đổi nội năng bằng truyền nhiệt.
Ví dụ về quá trình thực hiện công làm thay đổi nội năng của vật:
- Bơm xe đạp, sau một thời gian ngắn ống bơm sẽ nóng lên
Ví dụ về quá trình truyền nhiệt làm thay đổi nội năng của vật:
- Thợ rèn nung nóng thanh sắt
Một lượng khí nhận nhiệt lượng 250 kJ do được đun nóng; đồng thời nhận công 500 kJ do bị nén.
a) Xác định độ tăng nội năng của lượng khí.
b) Xác định độ biến thiên nội năng của lượng khí trên nếu đồng thời với việc cung cấp nhiệt lượng 250 kJ, lượng khí này giãn ra và thực hiện công 100 kJ lên môi trường xung quanh nó.
a) Khí nhận nhiệt lượng Q > 0, nhận công A > 0
Độ tăng nội năng ΔU = A + Q = 500 + 250 = 750 kJ.
b) Khí nhận nhiệt lượng Q > 0, thực hiện công A < 0
Độ tăng nội năng ΔU = A + Q = –100 + 250 = 150 kJ.
Hãy tìm hiểu và giải thích vì sao miếng sắt ở trên đe có thể bị nóng lên khi bị đập bằng búa nhiều lần.
Khi búa được đưa lên cao, đập xuống miếng sắt, năng lượng (cơ năng) của búa đã truyền cho miếng sắt, làm cho miếng sắt biến dạng, các phân tử cấu tạo nên miếng sắt bị xô lệch vị trí sắp xếp ban đầu, cứ đập lên tục các phân tử nhận được năng lượng càng nhiều, chúng va chạm với nhau, động năng tăng lên làm cho nội năng của miếng sắt tăng lên, khi đó miếng sắt sẽ nóng lên.
