. Phát biểu nguyên lí Nguyên lí I nhiệt động lực học là sự vận dụng định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng vào các hiện tượng nhiệt. Ta đã biết, nội năng của một vật có thể thay đổi bằng hai cách là truyền nhiệt và thực hiện công. Nếu vật đồng thời nhận được công và nhiệt thì theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng: Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được. (33.1) Đây là một trong nhiều cách phát biểu nguyên lí nhiệt động lực học Với quy ước về dấu thích hợp, hệ thức trên có thể dùng để diễn đạt các quá trình biến đổi trạng thái khác như vật truyền nhiệt cho các vật khác, vật thực hiện công lên các vật khác… Quy ước về dấu của nhiệt lượng và công: : vật nhận nhiệt lượng. : Vật truyền nhiệt lượng. : vật nhận công : vật thực hiện công. 2. Vận dụng Có thể dùng nguyên lí I nhiệt động lực học để tìm hiểu về sự truyền và chuyển hoá năng lượng, trong các quá trình biến đổi trạng thái của chất khí. Sau đây là ví dụ về việc vận dụng nguyên lí I nhiệt động lực học vào quá trình đẳng tích. Trong hệ toạ độ quá trình này được biểu diễn bằng đường thẳng vuông góc với trục thể tích. Cho chất khí chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 Hãy chứng minh rằng, khi đó hệ thức của nguyên lí nhiệt động lực học có dạng: Trong quá trình đẳng tích nhiệt lượng mà chất khí nhận được chỉ dùng làm tăng nội năng. Quá trình đẳng tích là quá trình truyền nhiệt. II. Nguyên lí II nhiệt động lực học 1. Quá trình thuận nghịch và quá trình không thuận nghịch a) Quá trình thuận nghịch Kéo một con lắc ra khỏi vị trí cân bằng rồi thả ra, con lắc sẽ giao động. nếu không có ma sát thì con lắc sẽ chuyển động từ A sang B, rồi từ từ B tự trở về A… Quá trình trên là một quá trình thuận nghịch. Trong quá trình này, vật từ trở về trạng thái ban đầu mà không cần đến sự can thiệp của vật khác. b) Quá trình không thuận nghịch Một ấm nước nóng đặt ngoài không khí sẽ tự truyền nhiệt cho không khí và nguội dần cho tới khi nhiệt độ của nước bằng nhiệt độ của không khí . Tuy nhiên, ấm nước không thể tự lấy lại nhiệt lượng mà mình đã truyền cho không khí để trở về trạng thái ban đầu mặc dù điều này không vi phạm định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng. Người ta nói quá trình truyền niệt là một quá trình không thuận ngịch. Nhiệt có thể tự truyền từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn, sang vật nóng hơn. Muốn thực hiện “quá trình ngược” này phải dùng một máy làm lạnh, nghĩa là phải cần đến sự can thiệp của vật khác. Một hòn đá rơi từ trên cao xuống. Khi đó cơ năng của hòn đá chuyển hoá dần thành nội năng của hòn đá và không khí xung quanh, làm cho hòn đá và không khí xung quanh nóng lên. Trong quá trình này năng lượng được bảo toàn. Tuy nhiên hòn đá không thể lấy lại nội năng của mình và không khí xung quanh để bay trở lại độ cao ban đầu , mặc dù điều này không vi phạm định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng. Quá trình chuyển hoá năng lượng này cũng là quá trình không thuận ngịch. Các thí nghiệm cho thấy, cơ năng có thể chuyển hóa hoàn toàn thành nội năng, nhưng ngược lại nội năng không thể chuyển hoá hoàn toàn thành cơ năng . Sự chuyển hoá giữa cơ năng và nội năng cũng là một quá trình không thuận nghịch. Như vậy, trong tự nhiên có nhiều quá trình chỉ có thể xảy ra theo một chiều xác định, không thể tự xảy ra theo chiều ngược lại mặc dù điều này không vi phạm nguyên lí I nhiệt động lực học 2. Nguyên lí II nhiệt động lực học a) Cách phát biểu của Clau-di-út Nhiệt không thể tự chuyền từ một vật sang vật nóng hơn. Mệnh đề trên được Clau-di- út phát biểu vào năng 1950, sau đó được coi là một cách phát biểu của nguyên lí II nhiệt động lực học. Mệnh đề này không phủ nhận khả năng truyền nhiệt từ một vật sang vật nóng hơn, chỉ khẳng định là điều này không thể xảy ra được. b) Cách phát biểu của Cac- nô. Động cơ nhiệt không thể chuyển hoá tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học. 3. Vận dụng Nguyên lí II nhiệt động lực học có thể dùng để giải thích nhiều hiện tượng trong đời sống và kĩ thuật. Ví dụ có thể dùng nguyên lí II để giải thích nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ nhiệt. Mỗi động cơ nhiệt đều phải có ba bộ phận cơ bản là: 1. Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng. 2. Bộ phận phát động gồm vật trung gian nhận nhiệt sinh công gọi là tác nhân và các thiết bị phát động. 3. Nguồn lạnh để thu nhiệt do tác nhân toả ra. Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng cho bộ phận phát động để bộ phần này chuyển hoá thành công A. Theo nguyên lí II thì bộ phận phát động không thể chuyển hoá tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học. Do đó cần có nguồn lạnh để nhận phần nhiệt lượng còn lại, chưa được chuyển hoá thành công. Cũng vì thế mà hiệu suất của động cơ nhiệt luôn nhỏ hơn 1. Vì theo quy ước dấu , công sinh ra ra có giá trị âm, nên trong công thức trên ta viết là giá trị tuyệt đối của A để hiệu suất luôn là một đại lượng số học. Các dạng bài liên quan: Cơ sở của nhiệt động lực học Một số bài tập Baì 71358 Một động cơ nhiệt thực hiện một công A = 350 J khi nhận từ nguồn nóng một nhiệt lượng Q = 1KJ Nếu nguồn nóng có nhiệt độ 227 0 C thì nguồn lạnh phải có nhiệt độ cao nhất là bao nhiêu Chọn một đáp án dưới đây A. 325 K B. 335 K C. 300 K D. 352 K <--- Click để xem đáp án Baì 67538 Nôị năng của vật nào tăng lên nhiều nhất khi ta thả rơi từ cùng 1 độ cao xuống đất bốn vật có cùng thể tích Chọn một đáp án dưới đây A. Vật bằng nhôm B. Vật bằng sắt C. Vật bằng niken D. Vật bằng thiếc <--- Click để xem đáp án Baì 67537 Mọt viên đại bác có khối lượng 10kg, khi rơi tới đích có vân tốc 54km/h. Nếu toàn bộ động năng của nó biến thành nội năng thì nhiệt lượng lúc tỏa ra bằng bao nhiêu calo? Chọn một đáp án dưới đây A. 250calo B. 260calo C. 270calo D. 280calo <--- Click để xem đáp án Baì 67536 Một khối khí có thể tích V=3 lít, p = , t= C được đun nóng đẳng tích rồi dãn nở đẳng áp. Khi dãn nở, nhiệt độ khí tăng thêm C . Tính công mà khí thực hiện được. Chọn một đáp án dưới đây A. 50J B. 60J C. 70J D. 80J <--- Click để xem đáp án Baì 67535 Một hòn bi thép có trọng lượng 0,8 N rơi từ độ cao 1, 7 m xuống một tấm đá rồi nảy lên tới được độ cao 1, 25m Tính lượng cơ năng đã chuyển hóa thành nội năng của bi và tấm đá? Chọn một đáp án dưới đây A. 0, 63J B. 0, 48J C. 0, 45J D. 0,36J <--- Click để xem đáp án Baì 67534 Chọn phát biểu đúng : Chọn một đáp án dưới đây A. Nội năng của một hệ nhất định phải có thế năng tương tác giữa các hạt cấu tạo nên hệ B. Công tác động nên 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 giữ chúng C. Nói chung, nội năng là hàm của nhiệt độ và thể tích, vậy trong mọi trường hợp nếu thể tích của hệ đã thay đổi thì nội năng của hệ phải thay đổi D. Nhiệt lượng truyền cho hệ chỉ làm tăng tổng động năng của chuyển động nhiệt của các hạt cấu tạo nên hệ <--- Click để xem đáp án Baì 67533 Nhiệt độ của vật nào tăng lên nhiều nhất khi ta thả rơi từ cùng một độ cao xuống đất bốn vật có cùng thể tích (Coi như toàn bộ giảm cơ năng dùng để làm nóng vật) Chọn một đáp án dưới đây A. Vật bằng chì, có nhiệt dung riêng là 120J/kg.K B. Vật bằng nhôm, có nhiệt dung riêng là 880J/kg.K C. Vật bằng đồng, có nhiệt dung riêng là 380J/kg.K D. Vật bằng gang, có nhiệt dung riêng là 550J/kg.K <--- Click để xem đáp án Baì 67532 Ta đổ vào một nhiệt lượng kế 2kg nước ở nhiệt độ C nước sẻ nóng lên đến nhiệt độ nào nếu ta nhúng vào nhiệt lượng kế một quả cân bằng thau có khối lượng 500g đã được nung lên đến C. Nhiệt dung riêng của nước và đồng thau lần lượt là: .Không tính đến nhiệt lượng do nhiệt lượng kế hấp thụ. Chọn một đáp án dưới đây A. C B. C C. C D. C <--- Click để xem đáp án Baì 67531 Trong nhiệt lượng kế chứa nước ở C ta thả vào nước đá. Khi có cân bằng nhiệt, khối lượng nước đá tăng thêm . Hỏi nhiệt độ ban đầu của nước đá ? Biết: = 4200J/kg.độ; = 2100J/kg.độ.Nhiệt độ nóng chảy của nước đá là C Chọn một đáp án dưới đây A. - C B. - C C. - C D. - C <--- Click để xem đáp án Baì 67530 Người ta nung nóng đẳng áp 45 gam khí Hiđrô từ C đến C. Tính công mà khí đã thực hiện. Biết có = 2; lấy R = 8, 31J/mol.K Chọn một đáp án dưới đây A. 17762, 625J B. 17762, 652J C. 17726, 625J D. 17726, 652J <--- Click để xem đáp án . điều này không vi phạm nguyên lí I nhiệt động lực học 2. Nguyên lí II nhiệt động lực học a) Cách phát biểu của Clau-di-út Nhiệt không thể tự chuyền từ một. biểu của Cac- nô. Động cơ nhiệt không thể chuyển hoá tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học. 3. Vận dụng Nguyên lí II nhiệt động lực học có thể dùng