Bài tập cơ sở của nhiệt động lực học

BÀI TẬP CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

A)Tổng hợp lý thuyết:

1,Biến đổi nội năng và nhiệt lượng:

-Nội năng của vật là dạng năng lượng bao gồm động năng phân tử (do các phân tử chuyển động nhiệt) và thế năng phân tử (do các phân tử tương tác với nhau).

$U={{\text{W}}_{dpt}}+{{\text{W}}_{tpt}}$

-Độ biến thiên nội năng: $\Delta U={{U}_{2}}-{{U}_{1}}$

+Nếu ${{U}_{2}}>{{U}_{1}}\Rightarrow \Delta U>0$ : nội năng tăng.

+Nếu ${{U}_{2}}<{{U}_{1}}\Rightarrow \Delta U$ < 0 : nội năng giảm.

*Các cách làm biến đổi nội năng:

-Thực hiện công:

+Ngoại lực (ma sát) thực hiện công để thực hiện quá trình chuyển hóa năng lượng từ nội năng sang dạng năng lượng khác : cơ năng thành nội năng.

+Là quá trình làm thay đổi thể tích (khí) làm cho nội năng thay đổi.

-Quá trình truyền nhiệt: là quá trình làm biến đổi nội năng không thông qua thực hiện công.

-Nhiệt lượng: là phần nội năng biến đổi trong quá trình truyền nhiệt.

$Q=\Delta U$

-Công thức tính nhiệt lượng thu vào hay tỏa ra trong quá trình truyền nhiệt:

$Q=mc\Delta t$

2,Nguyên lí thứ I của nhiệt động lực học cho hệ khí lí tưởng:

-Độ biến thiên nội năng của hệ bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được:

$\Delta $U = A + Q

Chú ý:

+Quá trình đẳng tích: $\Delta V=0\Rightarrow $ A = 0 nên $\Delta $U = Q

+Quá trình đẳng nhiệt: $\Delta T=0\Rightarrow $ Q = 0 nên $\Delta $U = A

+Công giản nở: A = p$\Delta $V

3,Nguyên lí II nhiệt động lực học:

-Clau – di – út: nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang vật nóng hơn.

-Các – nô: động cơ nhiệt không thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học.

-Hiệu suất của động cơ nhiêt:

$H=\frac{A}{{{Q}_{1}}}=\frac{{{Q}_{1}}-{{Q}_{2}}}{{{Q}_{1}}}$

$H=1-\frac{{{Q}_{2}}}{{{Q}_{1}}}\le \frac{{{T}_{2}}-{{T}_{1}}}{{{T}_{1}}}={{H}_{\max }}$

B)Bài tập minh họa:

Câu 1: Chọn phát biểu sai:

A.Đơn vị của nhiệt lượng cũng là đơn vị của nội năng.

B.Một vật lúc nào cũng có nội năng, do đó lúc nào cũng có nhiệt lượng.

C.Nhiệt lượng là số đo độ biến thiên nội năng của vật trong quá trình truyền nhiệt.

D.Nhiệt lượng không phải là nội năng.

Câu 2: Cách nào sau đây không làm thay đổi nội năng của vật?

A.Cọ xát vật lên mặt bàn.

B.Đốt nóng vật.

C.Làm lạnh vật.

D.Đưa vật lên cao.

Câu 3: Nội năng của hệ sẽ như thế nào nếu hệ nhận nhiệt và nhận công?

A.Không đổi B.Chưa đủ điều kiện để kết luận

C.Giảm D.Tăng

Câu 4: Nội năng của một vật là:

A.Tổng động năng và thế năng của vật.

B.Tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật.

C.Nhiệt lượng vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt.

D.Tổng nhiệt lượng và cơ năng mà vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt và thực hiện cộng.

Câu 5: Câu nào sau đây nói về nhiệt lượng là sai?

A.Nhiệt lượng không phải là nội năng.

B.Một vật lúc nào cũng có nội năng do đó lúc nào cũng có nhiệt lượng.

C.Nhiệt lượng là số đo độ tăng nội năng của vật trong quá trình truyền nhiệt.

D.Đơn vị của nhiệt lượng cũng là đơn vị của nội năng.

Câu 6: Tìm phát biểu sai?

A.Nội năng là một dạng năng lượng nên có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác.

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

C.Nội năng chính là nhiệt lượng của vật.

D.Nội năng của vật có thể tăng hoặc giảm.

Câu 7: Trường hợp nào dưới đây làm biến đổi nội năng không do thực hiện công?

A.Mài dao B.Đóng đinh

C.Khuấy nước D.Nung sắt trong lò

Câu 8: Chọn phát biểu đúng:

A.Trong quá trình đẳng tích, nhiệt lượng mà chất khí nhận được dùng làm tăng nội năng và thực hiện công.

B.Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được.

C.Động cơ nhiệt chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học.

D.Nhiệt có thể tự truyền từ vật lạnh sang vật nóng.

Câu 9: Câu nào sau đây là đúng?

A.Nội năng của một hệ nhất định phải có thế năng tương tác giữa các hạt cấu tạo nên hệ.

B.Nhiệt lượng truyền cho hệ chỉ làm tăng động năng của chuyển động nhiệt của các hạt cấu tạo nên hệ.

C.Công tác động lên hệ có thể làm thay đổi cả tổng động năng chuyển động nhiệt của các hạt cấu tạo nên hệ và thế năng tương tác giữa chúng.

D.Nói chung, nội năng là hàm của nhiệt độ và thể tích, nên trong mọi trường hợp nếu thể tích của hệ đã thay đổi thì nội năng của hệ phải thay đổi.

Câu 10: Trường hợp làm biến đổi nội năng không do thực hiện công là?

A.Đun nóng nước bằng bếp.

B.Một viên bi bằng thép rơi xuống đất mềm.

C.Nén khí trong xilanh.

D.Cọ xát hai vật vào nhau.

Câu 11: Chọn phát biểu đúng:

A.Độ biến thiên nội năng của một vật là độ biến thiên nhiệt độ của vật đó.

B.Nội năng gọi là nhiệt lượng.

C.Nội năng là phần năng lượng vật nhận được hay mất bớt đi trong quá trình truyền nhiệt.

D.Có thể làm thay đổi nội năng của vật bằng các thực hiện công.

Câu 12: Tìm phát biểu sai:

A.Tác động lên hệ một công có thể làm thay đổi cả tổng động năng chuyển động nhiệt của các hạt tạo nên vật và thế năng tương tác giữa chúng.

B.Nội năng của một hệ nhất định phải có thế năng tương tác giữa các hạt tạo nên hệ.

C.Độ biến thiên nội năng của một vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được.

D.Trong quá trình đẳng nhiệt, độ tăng nội năng của hệ bằng nhiệt lượng mà hệ nhận được.

Câu 13: Định luật, nguyên lí vật lí nào cho phép giải thích hiện tượng chất khí nóng lên khi bị nén nhanh (ví dụ không khí bị nén trong chiếc bơm xe đạp)?

A.Định luật bảo toàn cơ năng.

B.Nguyên lí I nhiệt động lực học.

C.Nguyên lí II nhiệt động lực học.

D.Định luật bảo toàn động lượng.

Câu 14: Phát biểu nào sau đây phù hợp với nguyên lí II nhiệt động lực học?

A.Để tăng nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được.

B.Động cơ nhiệt chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học.

C.Nhiệt lượng không thể truyền từ một vật sang vật nóng hơn.

D.Nhiệt lượng truyền cho vật làm tăng nội năng của vật và biến thành công mà vật thực hiện được.

Câu 15: Người ta thực hiện công 100J để nén khí trong một xilanh. Biết khí truyền sang môi trường xung quanh nhiệt lượng 20J. Độ biến thiên nội năng của khí là:

A.80J B.120J C.-80J D.-120J

Câu 16: Một viên đạn đại bác có khối lượng 10 kg khi rơi tới đích có vận tốc 54 km/h. Nếu toàn bộ động năng của nó biến thành nội năng thì nhiệt lượng tỏa ra lúc va chạm vào khoảng?

A.1125J B.14580J C.2250J D.7290J

Câu 17: Thả một quả cầu bằng nhôm khối lượng 0,105 kg được đun nóng tới 142$^{0}$C vào một cốc đựng nước ở 20$^{0}$C, biết nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 42$^{0}$C. Tính khối lượng của nước trong cốc, biết nhiệt dung riêng của nhôm là 880 J/kg.K và của nước là 4200 J/kg.K.

A.0,1kg B.0,2kg C.0,3kg D.0,4kg

Câu 18: Một lượng không khí nóng được chứa trong một xilanh cách nhiệt đặt nằm ngang có pit – tông có thể dịch chuyển được. Không khí nóng dãn nở đẩy pit – tông dịch chuyển. Nếu không khí nóng thực hiện một công có độ lớn là 2000J thì nội năng của nó biến đổi một lượng bằng:

A.2000J B.-2000J C.1000J D.-1000J

Câu 19: Để xác định nhiệt độ của một lò nung, người ta đưa vào trong lò một miếng sắt có khối lượng 50 g. Khi miếng sắt có nhiệt độ bằng nhiệt độ của lò, người ta lấy ra và thả nó vào một nhiệt lượng kế chứa 900 g nước ở nhiệt độ 17$^{0}$C. Khi đó nhiệt độ của nước tăng lên đến 23$^{0}$C, biết nhiệt dung riêng của sắt là 478 J/kg.K, của nước là 4180 J/kg.K. Nhiệt độ của lò xấp xỉ bằng:

A.796$^{0}$C B.990$^{0}$C C.967$^{0}$C D.813$^{0}$C

Câu 20: Một quả cầu bóng khối lượng 200 g rơi từ độ cao 15 m xuống sân và nảy lên được 10 m. Độ biến thiên nội năng của quả bóng bằng?

A.10J B.20J C.15J D.25J

Câu 21: Trong một chu trình của động cơ nhiệt lí tưởng, chất khí thực hiện một công bằng 2.10$^{3}$J và truyền cho nguồn lạnh một nhiệt lượng bằng 6.10$^{3}$J. Hiệu suất của động cơ đó bằng:

A.33% B.80% C.65% D.25%

Câu 22: Hiệu suất của một động cơ nhiệt là 40%, nhiệt lượng nguồn nóng cung cấp là 800J. Công mà động cơ nhiệt thực hiện là:

A.2kJ B.320J C.800J D.480J

Câu 23: Một động cơ nhiệt nhận từ nguồn nóng một nhiệt lượng 1200J và truyền cho nguồn lạnh một nhiệt lượng 900J. Hiệu suất của động cơ là:

A.lớn hơn 75% B.75%

C.25% D.nhỏ hơn 25%

Câu 24: Người ta thực hiện công 100J để nén khí trong một xilanh. Biết khí truyền sang môi trường xung quanh nhiệt lượng 20J. Độ biến thiên nội năng của khí là:

A.80J B.120J C.-80J D.-120J

Câu 25: Chất khí trong xilanh nhận nhiệt hay tỏa nhiệt một lượng là bao nhiêu nếu như thực hiện công 170J lên khối khí và nội năng khối khí tăng thêm 170J?

A.Khối khí nhận nhiệt 340J.

B.Khối khí nhận nhiệt 170J.

C.Khối khí tỏa nhiệt 340J.

D.Khối khí không trao đổi nhiệt với môi trường.

Đáp án: