Câu hỏi tự luận mức độ vận dụng cao Vật lí 12 ctst bài 3: Nội năng. Định luật 1 của nhiệt động lực học

Câu 1: 

Trong động cơ ô tô, khi nhiên liệu cháy, nó tạo ra nhiệt lượng lớn và thực hiện công, đẩy piston di chuyển để sinh công cơ học. Theo định luật 1 của nhiệt động lực học, tổng năng lượng cung cấp cho động cơ (thông qua nhiệt) được chia thành hai phần: một phần biến thành công cơ học và phần còn lại làm tăng nội năng của các bộ phận động cơ. Nếu không làm mát, phần nhiệt này sẽ tích tụ, làm tăng quá mức nội năng của động cơ, dẫn đến quá nhiệt và gây hư hỏng. Hệ thống làm mát giúp loại bỏ lượng nhiệt dư thừa, giữ cho nhiệt độ động cơ ổn định.

Câu 2: 

Khi quạt thổi gió, không khí di chuyển làm tăng quá trình truyền nhiệt từ cơ thể người ra môi trường xung quanh thông qua sự bốc hơi mồ hôi. Quá trình bốc hơi này lấy đi một phần nội năng từ bề mặt da, khiến nhiệt độ da giảm, và do đó cơ thể cảm thấy mát hơn. Nhiệt độ trong phòng không thay đổi đáng kể, nhưng chính sự gia tăng tốc độ truyền nhiệt và sự mất nội năng của cơ thể làm chúng ta cảm thấy dễ chịu hơn.

Câu 3:

a. Ta có công thức tính nhiệt lượng hấp thụ:

Q = m.c.ΔT

Trong đó:

• m = 0.5 kg (khối lượng của miếng sắt).
• c = 460 J/kg.K (nhiệt dung riêng của sắt).
• ΔT = 150°C − 20°C = 130 K (độ biến thiên nhiệt độ).

Thay các giá trị vào công thức:

Q = 0.5. 460. 130 = 29900 J=29.9 kJ

Vậy, nhiệt lượng miếng sắt cần hấp thụ là 29,9 kJ.

b. Trong quá trình diễn ra dưới áp suất không đổi, độ biến thiên nội năng của miếng sắt bằng nhiệt lượng hấp thụ:

ΔU = Q = 29.9 kJ

Vậy, độ biến thiên nội năng của miếng sắt là 29,9 kJ.

c. Độ biến thiên nội năng của miếng sắt trong trường hợp này sẽ bằng nhiệt lượng hấp thụ trừ đi công miếng sắt thực hiện lên môi trường ngoài:

ΔUroˋng = Q − A

Trong đó:

• Q = 29.9 kJ
• A = 2.5 kJ

Thay vào công thức:

ΔUroˋng = 29.9 − 2.5 = 27.4 kJ

Vậy, lượng nhiệt ròng thực sự làm tăng nội năng của miếng sắt là 27,4 kJ.

d. Trong trường hợp này, toàn bộ nhiệt lượng Q=29.9 kJ được dùng để làm tăng nội năng và tính theo công thức:

Q = m.c.ΔT 

Ta có:

ΔT = ​

Thay các giá trị:

Nhiệt độ cuối cùng của miếng sắt là:

T_cuối = T _{ban đầu} + ΔT = 20°C + 130°C =150°C

Vậy, nếu toàn bộ nhiệt lượng ban đầu chỉ dùng để làm tăng nội năng, nhiệt độ cuối cùng của miếng sắt vẫn là 150°C.