Gợi ý giải đáp vật lí 10 bài 33 – Các nguyên lí của nhiệt động lực học – Dễ hiểu cho học sinh

Nguyên lý nhiệt động lực học là phần kiến thức quan trọng của lí 10 bài 33 và được nghiên cứu dựa trên 3 khái niệm cơ bản là nội năng, công năng và nhiệt lượng. Vậy để biết các loại nguyên lý được hình thành như thế nào và cách vận dụng chúng vào cuộc sống ra sao, mời các bạn theo dõi bài sau đây.

 

1. Tổng hợp kiến thức bài 33 vật lí 10

1.1. Nguyên lý I của nhiệt động lực học

a) Nguyên lý I nhiệt động lực học được phát biểu như thế nào?

Áp dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng trong các quá trình biến đổi trạng thái của các đối tượng được cấu tạo từ một số rất lớn các phân tử và nguyên tử.

Những đối tượng đó được gọi chung quy là hệ nhiệt động.

Một hệ nhiệt động luôn có một nội năng được tạo ra bởi thế năng và động năng tương tác với nhau trong các phân tử của hệ. Do đó, muốn thay đổi một nội năng, ta có thể sử dụng một trong hai cách: truyền nhiệt và thực hiện công.

Ví dụ minh họa:

word image 37027 2 word image 37027 3

Đồng thời, trong trường hợp hệ nhận cùng lúc thực hiện công và truyền nhiệt, thì theo như định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng ta sẽ có công thức sau: word image 37027 4

Trong đó:

  • Độ biến thiên của nội năng: word image 37027 5
  • Công hệ nhận được: A
  • Nhiệt lượng hệ nhận được: Q

Từ đó, ta rút ra được phát biểu về nguyên lí I nhiệt động lực học chính là độ biến thiên nội năng của một hệ sẽ bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được. Đây là một trong rất nhiều cách phát biểu về nguyên lý I nhiệt động lực học.

Bên cạnh đó, hệ thức cũng có những quy ước về dấu dùng để diễn đạt các quá trình biến đổi trạng thái khác của hệ như nhận hoặc truyền nhiệt lượng cũng như nhận hoặc thực hiện công. Được thể hiện qua hình dưới đây: word image 37027 6

Trong đó:

  • Q > 0: hệ thu nhiệt lượng
  • A >0: hệ nhận công
  • Q < 0: hệ tỏa nhiệt lượng
  • A < 0: hệ sinh công

Ngoài ra, chúng ta có thể làm tăng hoặc giảm nội năng của vật qua các quá trình như:

  • Nội năng tăng khi vật nhận nhiệt và nhận công
  • Nội năng giảm khi vật truyền nhiệt và thực hiện công

b) Cách vận dụng nguyên lý I của nhiệt động lực học trong cuộc sống

Tìm hiểu về sự truyền và chuyển hóa năng lượng qua ba quá trình biến đổi trạng thái của chất khí qua ba đại lượng cơ bản: áp suất (P), thể tích (V) và nhiệt độ tuyệt đối (T).

Quá trình đẳng nhiệt: quá trình biến đổi trạng thái mà trong đó nhiệt độ được giữ nguyên không đổi.

Ví dụ minh họa: word image 37027 7

Ta có, do có cùng nhiệt độ nên T1=T2 nên word image 37027 8

Vì vậy, biểu thức của nguyên lý I nhiệt động lực học trong quá trình đẳng nhiệt: A + Q = 0

Ngoài ra, trong quá trình đẳng nhiệt thì toàn bộ nhiệt lượng truyền cho chất khí được chuyển thành công.

Quá trình đẳng áp: là quá trình biến đổi trạng thái trong đó áp suất là một hằng số không đổi. word image 37027 9

Ví dụ minh họa:

Ta có, áp suất là một hằng số không đổi: P1 = P2 = P nên word image 37027 10

Vì vậy, biểu thức của nguyên lý I của nhiệt động lực học là:

word image 37027 11

Bên cạnh đó, trong quá trình đẳng áp thì nhiệt lượng mà chất khí nhận được một làm tăng nội năng, phần còn lại biến thành công.

Quá trình đẳng tích: quá trình nhiệt động lực học mà trong đó thể tích của hệ kín không thay đổi.

Ví dụ minh họa: word image 37027 12

Ta có: V1 = V2 nên: word image 37027 13

Biểu thức của nguyên lý I nhiệt động lực học là: word image 37027 14

Vì vậy, quá trình đẳng tích thực chất là quá trình truyền nhiệt.

1.2. Nguyên lý II của nhiệt động lực học

a) Quá trình thuận và không thuận nghịch của nguyên lý II nhiệt động lực học

Quá trình thuận nghịch được hiểu đơn giản là vật có thể tự động trở về vị trí ban đầu mà không cần can thiệp của vật khác tác động vào.

Ví dụ: kéo một lò xo, con lắc…

Quá trình không thuận nghịch thì ngược lại với quá trình thuận nghịch. Đó là vật không thể tự động trở về trạng thái ban đầu mà phải cần đến sự can thiệp từ bên ngoài tác động vào.

Ví dụ: tháp nghiêng Pisa, ấm nước đun sôi….

Qua các thí nghiệm không thuận nghịch trong đời sống thì ta rút ra được kết luận rằng cơ năng có thể chuyển hóa thành nội năng nhưng nội năng lại không thể chuyển hóa lại hoàn toàn thành cơ năng.

b) Phát biểu trong nguyên lý II nhiệt động lực học

Gồm có hai phát biểu chính: phát biểu của Clau-di-út và phát biểu của Các-mô

  • Clau – di – út phát biểu rằng: nhiệt không thể tự truyền từ một vật này sang một vật nóng hơn.. Đồng thời khẳng định điều này là không thể tự xảy ra được mà phải có tác động bên ngoài.
  • Phát biểu của Các – mô: động cơ nhiệt không thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng mà nó nhận được thành công cơ học.

c) Vận dụng nguyên lý II nhiệt động lực học trong đời sống

Nguyên lý II được sử dụng phổ biến trong việc giải thích các nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ nhiệt. Ta có thể giải thích được rằng mỗi động cơ nhiệt đều phải có 3 bộ phận cơ bản cấu thành:

  • Nguồn nóng được dùng để cung cấp nhiệt lượng cho động cơ.
  • Nguồn lạnh thì lại làm nhiệm vụ thu nhiệt lượng do các tác nhân tỏa ra.
  • Bộ phận phát thì gồm vật trung gian nhận vừa nhận nhiệt để sinh công (tác nhân) vừa là các thiết bị phát động.

Ví dụ: động cơ nhiệt word image 37027 15

Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt theo trên.

  • Nguồn nóng (T1) sẽ cung cấp nhiệt lượng (Q1) cho bộ phận phát động để chuyển hóa thành công (A).
  • Theo phát biểu của nguyên lý II nhiệt động lực học của Các – mô thì bộ phận phát động không thể chuyển hóa toàn bộ nhiệt lượng thành công cơ học nên cần nguồn lạnh (T2) nhận phần nhiệt lượng còn lại chưa được chuyển hóa thành công cơ học.
  • Được thể hiện qua công thức: word image 37027 16

2. Hướng dẫn giải bài 33 vật lý 10 bài tập sgk

Chúng ta hãy cùng vận dụng những kiến thức được tổng hợp phía trên để giải các bài tập vật lý 10 bài 33 nhé!

2.1. Bài 1 trang 179

Đề bài:

Hãy phát biểu nguyên lý I nhiệt động lực học và viết hệ thức của nguyên lý đó. Đồng thời, nêu tên, đơn tính tính và quy ước dấu của các đại lượng trong hệ thức.

Giải:

Nguyên lý I nhiệt động lực học được phát biểu là độ biến thiên nội năng của hệ sẽ bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được.

Hệ thức: word image 37027 17

Trong đó, về quy ước dấu

word image 37027 18

2.2. Bài 2 trang 175

Đề bài: Hãy phát biểu biểu nguyên lý II của nhiệt động lực học

Giải:

Có 2 cách phát biểu phổ biến mà chúng ta được học, đó là của Clau-di-út và Các-mô

  • Clau – di – út phát biểu rằng: nhiệt không thể tự truyền từ một vật ở nhiệt độ bình thường sang một vật khác có nhiệt độ nóng hơn.
  • Các – mô cho rằng: động cơ nhiệt không thể chuyển hóa tất cả các nhiệt năng mà mình có thành toàn bộ công cơ học được.

III. Hỗ trợ giải một số bài tập vật lý 10 bài 33

Sau khi hoàn thành giải đáp các bài tập vật lý 10 bài 33, các bạn học sinh có thể tham khảo thêm một số bài tập sbt để nhuần nhuyễn kiến thức hơn.

3.1. Bài 33.2 trang 79 sbt

Đề bài: Quy ước về dấu nào dưới đây là đúng với công thức của nguyên lý I nhiệt động lực học. Giải thích?

word image 37027 19

Giải:

Trong nguyên lý I nhiệt động lực học, áp dụng công thức: word image 37027 20

Theo quy ước về dấu, ta có:

word image 37027 21

Do đó, vật sẽ nhận công khi: A > 0 cũng như vậy sẽ thu nhiệt khi: Q > 0. Nên ta chọn đáp án B là đáp án đúng phù hợp với nguyên lý I nhiệt động lực học.

3.2. Bài 33.4 trang 80 sbt

Đề bài: Khi thực hiện một công là 676J dùng để nén đẳng nhiệt một lượng khí thì khí đó có độ biến thiên về nội năng và nhiệt lượng của khí tỏa ra trong quá trình này là bao nhiêu?

Giải:

Tóm tắt:

Q = 0: đẳng nhiệt

A = 676J

Trong nguyên lý I nhiệt động lực học, áp dụng công thức: word image 37027 22

Theo quy ước về dấu, ta có:

Thế Q và A vào công thức, ta có: word image 37027 23 word image 37027 24 word image 37027 25 word image 37027 26 word image 37027 27

Kết luận

Toàn bộ bài viết trên đây đã củng cố lại kiến thức cũng như giải một số bài tập vận dụng liên quan của môn lý 10 bài 33. Hy vọng, bài viết trên sẽ giúp các bạn nắm rõ kiến thức hơn về hai loại nguyên lí nhiệt động lực học cơ bản.

Bên cạnh đó, các bạn có thể theo dõi Kiến Guru để không bỏ lỡ bất kỳ kiến thức thú vị từ những môn học khác!

Chúc các bạn đạt nhiều thành tích cao trong học tập!

99 lượt thích

119

Ngay bây giờ bạn đã có thể đạt 8+ môn tiếng Anh một cách dễ dàng

+ Đầy đủ kiến thức trọng tâm 12 chủ điểm từ vựng tiếng Anh mới, dễ dàng tra cứu
+ Hơn 250 từ vựng cơ bản và quan trọng của lớp 6 có minh họa bằng hình ảnh, dễ nhớ
+ Phát triển thêm vốn từ ngữ liên quan có cùng ngoại cảnh

Đăng ký ngay

để nhận các ưu đãi đặc biệt