Bài 3. Nội năng. Định luật 1 của nhiệt động lực học

Hướng dẫn giải

Nguyên nhân gây tăng nhiệt độ trong ô tô khi đóng kín cửa để ngoài trời nắng nóng:

- Hiệu ứng nhà kính:

+ Kính chắn gió và cửa sổ ô tô cho phép ánh sáng mặt trời đi vào, nhưng lại ngăn cản phần lớn bức xạ nhiệt từ bên trong xe thoát ra ngoài.

+ Hiệu ứng này tương tự như hiệu ứng nhà kính, khiến nhiệt độ bên trong xe tăng cao.

+ Ánh sáng mặt trời khi chiếu vào các vật dụng trong xe (ghế da, taplo,...) sẽ bị hấp thụ và chuyển hóa thành nhiệt năng.

+ Nhiệt năng này bị giữ lại bên trong xe do không thể thoát ra ngoài qua kính chắn gió và cửa sổ.

- Không khí trong xe không được lưu thông:

+ Khi đóng kín cửa xe, không khí bên trong không được lưu thông với môi trường bên ngoài.

+ Điều này khiến cho nhiệt độ bên trong xe tăng cao hơn so với môi trường bên ngoài.

- Vật liệu nội thất:

+ Một số vật liệu nội thất ô tô như da, nỉ,... có khả năng hấp thụ nhiệt tốt.

+ Khi nhiệt độ bên ngoài cao, những vật liệu này sẽ hấp thụ nhiệt và làm tăng nhiệt độ bên trong xe.

- Thiết bị điện tử:

+ Các thiết bị điện tử trong xe như radio, DVD,... cũng tỏa nhiệt khi hoạt động.

+ Nhiệt lượng này góp phần làm tăng nhiệt độ bên trong xe.

-  Hệ thống điều hòa:

- Nếu hệ thống điều hòa không hoạt động hiệu quả hoặc bị hỏng, nhiệt độ bên trong xe sẽ tăng cao nhanh chóng.

(Trả lời bởi Hà Quang Minh)

Hướng dẫn giải

- Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ:

+ Khi nhiệt độ của vật tăng, động năng của các phân tử cấu tạo nên vật cũng tăng.

+ Điều này dẫn đến nội năng của vật cũng tăng.

- Nội năng phụ thuộc vào thể tích:

+ Khi thể tích của vật giảm, thế năng tương tác giữa các phân tử cấu tạo nên vật tăng.

+ Điều này dẫn đến nội năng của vật cũng tăng.

(Trả lời bởi Hà Quang Minh)

Hướng dẫn giải

- Khi đun nóng nước trong ống nghiệm, nhiệt độ của nước tăng cao.

- Khi nhiệt độ tăng cao, động năng của các phân tử nước cũng tăng.

- Các phân tử nước chuyển động nhanh hơn và va chạm với nhau mạnh hơn.

- Lực va chạm của các phân tử nước tăng lên, tạo ra áp suất lớn hơn lên thành ống nghiệm.

- Áp suất lớn đẩy nút bịt ra khỏi ống nghiệm.

(Trả lời bởi Hà Quang Minh)

Hướng dẫn giải

- Việc thay đổi lượng không khí trong ống nghiệm có ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm.

- Khi lượng không khí trong ống nghiệm nhiều:

+ Một phần áp suất lên nút bịt là do áp suất của khí.

+ Áp suất của nước cần thiết để đẩy nút bịt ra khỏi ống nghiệm cao hơn.

+ Nút bịt khó bị đẩy ra khỏi ống nghiệm hơn.

- Khi lượng không khí trong ống nghiệm ít:

+ Áp suất lên nút bịt chủ yếu là do áp suất của nước.

+ Nút bịt dễ bị đẩy ra khỏi ống nghiệm hơn.

(Trả lời bởi Hà Quang Minh)

Hướng dẫn giải

- Khi quả bóng bàn bị móp, phần vỏ cao su bị nén lại, khiến cho các phân tử khí bên trong quả bóng cũng bị nén lại.

- Khi thả quả bóng bàn vào nước nóng, nhiệt độ của khí bên trong quả bóng tăng cao.

- Khi nhiệt độ tăng cao, động năng của các phân tử khí cũng tăng.

- Các phân tử khí chuyển động nhanh hơn và va chạm với nhau mạnh hơn.

- Lực va chạm của các phân tử khí tăng lên, tạo ra áp suất lớn hơn lên thành quả bóng.

- Áp suất lớn này đẩy vỏ cao su phồng trở lại hình dạng ban đầu.

(Trả lời bởi Hà Quang Minh)

Hướng dẫn giải

Có hai cách chính để làm thay đổi nội năng của một vật (hoặc hệ vật):

- Thực hiện công:

+ Nén một lò xo: Khi nén lò xo, ta đã thực hiện công lên lò xo, làm cho động năng của các phân tử trong lò xo tăng lên, dẫn đến nội năng của lò xo tăng.

+ Kéo một vật: Khi kéo một vật, ta đã thực hiện công lên vật, làm cho động năng của vật tăng lên, dẫn đến nội năng của vật tăng.

-  Truyền nhiệt:

+ Đun nóng một cốc nước: Khi đun nóng cốc nước, ta đã truyền nhiệt cho cốc nước, làm cho động năng của các phân tử nước tăng lên, dẫn đến nội năng của nước tăng.

+ Cho một viên đá lạnh vào cốc nước nóng: Khi viên đá lạnh tiếp xúc với nước nóng, nước nóng sẽ truyền nhiệt cho viên đá, làm cho động năng của các phân tử nước trong viên đá tăng lên, dẫn đến nội năng của viên đá tăng.

(Trả lời bởi Hà Quang Minh)

Hướng dẫn giải

- Chất rắn:

+ Nén lò xo: Khi nén lò xo, ta đã thực hiện công lên lò xo, làm cho lò xo biến dạng. Lò xo sẽ tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng đàn hồi, làm tăng nội năng của lò xo.

+ Kéo căng một sợi dây thun: Khi kéo căng dây thun, ta đã thực hiện công lên dây thun, làm cho dây thun biến dạng. Dây thun sẽ tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng đàn hồi, làm tăng nội năng của dây thun.

+ Đập một viên đạn vào khối kim loại: Khi viên đạn va chạm với khối kim loại, một phần động năng của viên đạn sẽ chuyển sang cho khối kim loại, làm tăng nội năng của khối kim loại.

- Chất lỏng:

+ Khuấy một cốc nước: Khi khuấy cốc nước, ta đã thực hiện công lên cốc nước, làm cho các phân tử nước chuyển động nhanh hơn. Điều này làm tăng động năng của các phân tử nước, dẫn đến tăng nội năng của nước.

+ Dùng bơm tay để bơm khí vào quả bóng: Khi bơm khí vào quả bóng, ta đã thực hiện công lên khí, làm cho áp suất khí trong quả bóng tăng. Điều này làm tăng nội năng của khí trong quả bóng.

+ Làm sôi nước: Khi đun nước, ta đã truyền nhiệt cho nước, làm cho nước nóng lên. Khi nước sôi, các phân tử nước sẽ chuyển động nhanh hơn và thoát ra khỏi mặt nước, tạo thành hơi nước. Hơi nước có nội năng cao hơn nước lỏng.

- Chất khí:

- Nén khí trong bình: Khi nén khí trong bình, ta đã thực hiện công lên khí, làm cho áp suất khí trong bình tăng. Điều này làm tăng nội năng của khí trong bình.

- Làm nổ một quả bóng bay: Khi làm nổ quả bóng bay, một phần năng lượng đàn hồi của quả bóng bay sẽ chuyển hóa thành năng lượng âm thanh và năng lượng nhiệt, làm tăng nội năng của khí trong quả bóng bay.

- Dùng súng bắn đạn: Khi bắn súng, một phần năng lượng hóa học của thuốc súng sẽ chuyển hóa thành động năng của viên đạn và năng lượng âm thanh, làm tăng nội năng của khí trong nòng súng.

(Trả lời bởi Hà Quang Minh)

Hướng dẫn giải

Khi hai vật chênh lệch nhiệt độ tiếp xúc với nhau thì nhiệt độ của chúng sẽ tiến đến bằng nhau vì:

- Theo nguyên lý truyền nhiệt, nhiệt năng luôn truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp.

- Khi hai vật tiếp xúc với nhau, các phân tử ở vật có nhiệt độ cao sẽ chuyển động nhanh hơn và va chạm với các phân tử ở vật có nhiệt độ thấp.

- Quá trình va chạm này sẽ truyền năng lượng từ các phân tử ở vật có nhiệt độ cao sang các phân tử ở vật có nhiệt độ thấp.

- Quá trình truyền nhiệt sẽ tiếp tục diễn ra cho đến khi nhiệt độ của hai vật bằng nhau.

- Khi nhiệt độ của hai vật bằng nhau, ta nói hai vật đã đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt.

(Trả lời bởi Hà Quang Minh)

Hướng dẫn giải

- Khi khối lượng của nước tăng lên (m lớn), nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi nước cũng sẽ tăng theo. Cụ thể, nếu m tăng lên, thì Q cũng sẽ tăng lên theo.

- Nếu nước có độ tăng nhiệt độ ∆T lớn, nghĩa là bạn cần cung cấp nhiều nhiệt lượng để làm nóng nước đó. Điều này cũng dẫn đến việc Q tăng lên.

(Trả lời bởi Hà Quang Minh)

Hướng dẫn giải

hiệt lượng cần cung cấp để đun 3 lít nước từ nhiệt độ 25 °C lên 100 °C:

Q = m.c.(t₂ - t₁) = 3.4180.(100-25) = 945000 J

(Trả lời bởi Hà Quang Minh)