Cách giải bài tập về Nội năng và sự biến thiên nội năng hay, chi tiết

A. Phương pháp & Ví dụ

1. Nội năng: 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)

- Độ biến thiên nội năng: 

      + Nếu U2 > U1 ⇒ ΔU > 0: Nội năng tăng

      + Nếu U2 < U1 ⇒ ΔU < 0: Nội năng tăng

2. Các cách làm biến đổi nội năng:

a. Thực hiện công:

      + Ngoại lực (ma sát) thực hiện công để thực hiện quá trình chuyển hoá 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.

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

c. Nhiệt lượng: Là phần nội năng biến đổi trong quá trình truyền nhiệt.

d. Công thức tính nhiệt lượng thu vào hay toả ra trong quá trình truyền nhiệt:

Bài tập vận dụng

Bài 1: Một ấm nước bằng nhôm có khối lượng 250g,chứa 2 kg nước được đun trên bếp.Khi nhận được nhiệt lượng là 516600 J thì ấm đạt đến nhiệt độ 80°C. Hỏi nhiệt độ ban đầu của ấm là bao nhiêu? biết nhiệt dung riêng của nhôm và nước lần lượt là cAl = 920 J/kgK và cn = 4190 J/kgK.

Hướng dẫn:

Gọi t1 là nhiệt độ ban đầu của ấm nhôm và nước(t1 = ?)

t2 là nhiệt độ lúc sau của ấm nhôm và nước (t2 = 80°C )

nhiệt lượng của ấm nhôm thu vào là :

Q1 = m1cAl (t2 – t1 ) = 0,25.920.(80-t1)

Nhiệt lượng của nước thu vào là :

Q2 = m2cn(t2 – t1) = 2.4190.(80-t1)

Nhiệt lượng của ấm nước thu vào (nhiệt lượng cần cung cấp để ấm đạt đến 800C) là :

Q = Q1 + Q2 = 516600

⇔ 516600 = 0,25.920.(80-t1) + 2.4190.(80-t1)

⇒ t1 = 20°C

Bài 2: Môṭ cốc nhôm có khối lươṇ g 120g chứ a 400g nước ở nhiêṭ đô ̣ 24°C. Người ta thả vào cốc nước môṭ thìa đồng khối lươṇ g 80g ở nhiêṭ đô ̣ 100°C. Xác định nhiệt độ của nước trong cốc khi có sự cân bằng nhiệt. Biết nhiêṭ dung riêng của nhôm là 880 J/Kg.K, của đồng là 380 J/Kg.K và của nước là 4,19.103. J/Kg.K.

Hướng dẫn:

Gọi t là nhiệt độ lúc cân bằng.

Nhiệt lượng do thìa đồng tỏa ra là: Q1= m1 c1 (t1 - t).

Nhiệt lượng do cốc nhôm thu vào là: Q2= m2 c2 (t - t2).

Nhiệt lượng do cốc nước thu vào là: Q3= m3 c3 (t- t3).

Theo phương trình cân bằng nhiệt:

Q1= Q2 + Q3.

⇔ m1 c1 (t1 - t) = m2 c2 (t - t2 ) + m3 c3 (t- t3).

Bài 3: Một bình nhôm có khối lượng 0,5kg chứa 0,118kg nước ở nhiệt độ 20°C. Người ta thả vào bình một miếng sắt có khối lượng 0,2kg đã được đun nóng tới nhiệt độ 75°C. Xác định nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt.

Cho biết nhiệt dung riêng của nhôm là 920J/kgK; nhiệt dung riêng của nước là 4180J/kgK; và nhiệt dung riêng của sắt là 460J/kgK. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường xung quanh.

Hướng dẫn:

Gọi t là nhiệt độ lúc cân bằng nhiệt.

Nhiệt lượng của sắt toả ra khi cân bằng:

Q1 = mscs(75 – t) = 92(75 – t)  (J)

Nhiệt lượng của nhôm và nước thu được khi cân bằng nhiệt:

Q2 = mnhcnh(t – 20) = 460 (t – 20)  (J)

Q3 = mncn(t – 20) = 493,24 (t – 20)  (J)

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: Qtoả = Qthu

92 (75 – t) = 460(t – 20) + 493,24 (t – 20)

⇔ 92 (75 – t) = 953,24 (t – 20)

Giải ra ta được t ≈ 24,8°C

Bài 4: Một nhiệt lượng kế bằng đồng thau có khối lượng 128g chứa 210g nước ở nhiệt độ 8,4°C. Người ta thả mọt miếng kim loại có khối lượng 192g đã đun nóng tới nhiệt độ 100°C vào nhiệt lượng kế. Xác định nhiệt dung riêng của miếng kim loại, biết nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 21,5°C.

Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường xung quanh và biết nhiệt dung riêng của đồng thau là 128J/kgK và của nước là 4180J/kgK.

Hướng dẫn:

Nhiệt lượng toả ra của miếng kim loại khi cân bằng nhiệt là:

Q1 = mkck(100 – 21,5) = 15,072ck (J)

Nhiệt lượng thu vào của đồng thau và nước khi cân bằng nhiệt là:

Q2 = mđcđ(21,5 – 8,4) = 214,6304 (J)

Q3 = mncn(21,5 – 8,4) = 11499,18 (J)

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: Qtoả = Qthu

15,072ck = 214,6304 + 11499,18

Giải ra ta được ck = 777,2J/kgK.

Bài 5: Một ấm nhôm có khối lượng 250g, đựng 1,5kg nước ở 25°C. Tìm nhiệt lượng cần cung cấp để đung sôi nước trong ấm ( 100°C ). Biết nhiệt dung riêng của nhôm và nước lần lượt là cAl = 920J/kg.K và cn = 4190J/kg.K.

Hướng dẫn:

Gọi t1 là nhiệt độ ban đầu của ấm nhôm và nước(t1 = 25°C)

t2 là nhiệt độ lúc sau của ấm nhôm và nước (t2 = 100°C )

Nhiệt lượng của ấm nhôm thu vào là :

Q1 = m1cAl (t2 – t1) = 0,25.920.(100-25) = 17250 J

Nhiệt lượng của nước thu vào (nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi nước) là :

Q2 = m2cn(t2 – t1) = 1,5.4190.(100-25) = 471375 J

Nhiệt lượng của ấm nước thu vào là :

Q = Q1 + Q2 = 17250 + 471375 = 488626 J

B. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Trường hợp làm biến đổi nọi 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 2: Trong một quá trình nung nóng đẳng áp ở áp suất 1,5.105 Pa, một chất khí tăng thể tích từ 40 dm3 đến 60 dm3 và tăng nội năng một lượng là 4,28 J. Nhiệt lượng truyền cho chất khí là

A. 1280 J.

B. 3004,28 J.

C. 7280 J.

D. – 1280 J.

Câu 3: 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 4: 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 5: Thả một quả cầu bằng nhôm khối lượng 0,105kg được đun nóng tới 142°C vào một cốc đựng nước ở 20°C, biết nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 42°C. Tính khối lượng của nước trong cốc, biết nhiệt dung riêng của nhôm là 880J/kg.K và của nước là 4200J/kg.K.

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

Câu 6: 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°C. Khi đó nhiệt độ của nước tăng lên đến 23°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°C.

B. 990°C.

C. 967°C.

D. 813°C.

Câu 7: 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 công.

Câu 8: Câu nào sau đây nói về nội năng là SAI?

A. Nội năng là một dạng năng lượng

B. Nội năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác

C. Nội năng là nhiệt lượng

D. Nội năng của một vật có thể tăng lên, giảm đi

Câu 9: 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 10: 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 11: Cách nào sau đây không làm thay đỏi 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 12: Một quả 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 (lấy g = 10 m/s2)

A. 10 J.

B. 20 J.

C. 15 J.

D. 25 J.

Câu 13: 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. 1125 J.

B. 14580 J.

C. 2250 J.

D. 7290 J.

Câu 14: 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 2000 J thì nội năng của nó biến đổi một lượng bằng

A. 2000 J.

B. – 2000 J.

C. 1000 J.

D. – 1000 J.

Câu 15: 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