Chương 07 CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC docx

Chương 07
CƠ SỞ CỦA
NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

  
Bài 53

NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA
NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
I. MỤC TIÊU
- Hiểu được khái niệm nội năng, nghĩa là biết được :
+ Hệ đứng yên vẫn có khả năng sinh công do có nội năng.
+ Nội năng bao gồm các dạng năng lượng nào bên trong hệ ?
+ Nội năng phụ thuộc vào các thông số trạng thái nào của hệ ?
- Biết được hai cáh làm biến đổi nội năng và biết được sự tương đương giữa nhiệt và
công
- Hiểu được nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học, biết phát biểu nguyên lí, biết sử
dụng biểu thức của nguyên lí.
II. CHUẨN BỊ
- Dụng cụ và các đồ dùng dạy học
-
-
III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
 Ổn định lớp học
1) Kiểm tra bài củ :
Câu 1/ Phân biệt sự bay hơi và sự sôi.
Câu 2/ Trạng thái cân bằng động giữa hơi bão hoà và khối lỏng là trạng thái như thế nào
?
Câu 3/ Tại sao áp suất hơi bão hoà không phụ thuộc vào thể tích, nó phụ thuộc vào nhiệt
độ như thế nào ?
Câu 4/ Ý nghĩa của nhiệt độ tới hạn.

2) Nội dung bài giảng : 

Phần làm việc của giáo viên Phần ghi chép của học sinh
I. NỘI NĂNG
GV : Khi quan sát nắp ấm bật bật vì hơi nước sôi
đẩy nắp ấm lên, như vậy hơi nước có thực hiện
công không các em ?
I. NỘI NĂNG
1) Quan sát
- Nắp ấm bật bật vì hơi nước sôi đẩy
nắp ấm lên.
HS : Hơi nước thực hiện công
GV : Quan sát chiếc bình xịt nước hoa hoạt động
nhờ hơi nén trong bình phun ra
GV : Như vậy hơi có thực hiện công hay không ?

HS : Hơi nước đã thực hiện công
GV : Dạng năng lượng của hơi nước được gọi là
nội năng.
GV : Nội năng là một dạng năng lượng bên
trong hệ, nó chỉ phụ thuộc vào trạng thái của hệ.
Nội năng bao gồm tổng động năng chuyển động
nhiệt của các phân tử cấu tạo nên hệ và thế năng
tương tác giữa các phân tử đó.
GV : Khi nhiệt độ càng cao thì vận tốc các phân
tử chuyển động như thế nào ?
HS : Vận tốc các phân tử chuyển động càng

nhanh nên động năng phân tử tăng
GV : Khi thể tích của khối khí tăng thì khoảng
cách của các phân tử nhử thế nào ?
HS : Khoảng cách các phân tử tăng lên nên thể
năng phân tử tăng
GV : Tóm lại nội năng phân tử phụ thuộc vào
các yếu tố nào ?
HS : Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích

II. HAI CÁCH LÀM BIẾN ĐỔI NỘI NĂNG
GV : Theo các em có mấy cách làm biến đổi nội
năng
HS : Có hai cách làm biến đổi nội năng
HS : Nội năng bị biến đổi do thức hiện công.
Thí dụ : Làm nóng miếng kim loại bằng ma sát.
HS : Nội năng bị biến đổi do sự truyền nhiệt
Thí dụ : Miếng kim loại nóng lên khi thả vào
nước nóng.
GV : Sự thực hiện công và truyền nhiệt là hai
cách làm biến đổi nội năng tức là đã thừa nhận
sự tương đương giữa công và nhiệt lượng.





III. NGUYÊN LÍ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT
ĐỘNG LỰC HỌC.
Nhiệt lượng truyền cho hệ làm tăng nội năng
của hệ và biến thành công mà hệ sinh ra.

Q = U + A

- Chiếc bình xịt nước hoa hoạt động
nhờ hơi nén trong bình phun ra.
2) Kết luận
Nội năng là một dạng năng lượng
bên trong hệ, nó chỉ phụ thuộc vào
trạng thái của hệ. Nội năng bao gồm
tổng động năng chuyển động nhiệt
của các phân tử cấu tạo nên hệ và thế
năng tương tác giữa các phân tử đó.
3) Tính chất nội năng
Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và
thể tích
U = f(T,V)











II. HAI CÁCH LÀM BIẾN ĐỔI
NỘI NĂNG
1) Sự thực hiện công
Nội năng bị biến đổi do thức hiện

công.
Thí dụ : Làm nóng miếng kim loại
bằng ma sát.
2) Sự truyền nhiệt
Nội năng bị biến đổi do sự truyền
nhiệt
Thí dụ : Miếng kim loại nóng lên khi
thả vào nước nóng.
3) Sự tương đuơng giữa công và
nhiệt lượng.
Sự thực hiện công và truyền nhiệt
là hai cách làm biến đổi nội năng tức
là đã thừa nhận sự tương đương giữa
công và nhiệt lượng.
III. NGUYÊN LÍ THỨ NHẤT
CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC.
Nhiệt lượng truyền cho hệ làm tăng
nội năng của hệ và biến thành công
mà hệ sinh ra.
Q = U + A
Trong đó :
Q > 0 : Hệ nhận nhiệt lượng
Q < 0 : Hệ giải phóng nhiệt lượng.
U > 0 : Nội năng của hệ tăng
U < 0 : Nội năng của hệ giảm
A > 0 : Hệ sinh công.
A < 0 : Hệ nhận công.

3) Cũng cố :
1/ Nội năng là gì ? Nó phụ thuộc những thông số nào ? Nêu hai cách làm biến đổi nội

năng ?
2/ Tại sao có thể nói rằng nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học là sự vận dụng định
luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng vào các hiện tượng nhiệt ?
4) Dặn dò học sinh :
- Trả lời câu hỏi 1 ; 2; 3
- Làm bài tập : 1; 2; 3
  
Bài 54 – 55

ÁP DỤNG NGUYÊN LÍ THỨ NHẤT
CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CHO KHÍ LÍ
TƯỞNG
I. MỤC TIÊU
- Về mặt kiến thức học sinh cần biết ba điểm chính như sau :
+ Nội năng của khí lí tưởng chỉ bao gồm tổng động năng chuyển động nhiệt của
các phân tử có trong khí đó và như vậy nội năng của khí lí tưởng chỉ còn phụ thuộc nhiệt
độ.
+ Biểu thức tính công của khí lí tưởng.
+ Công của một quá trình qua diện tích trên đồ thị (p-V) ứng với quá trình đó.
- Bài học này là bài thực hành tính toán về U, công A, nhiệt lượng Q.
II. CHUẨN BỊ
- Dụng cụ và các đồ dùng dạy học
-
III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
 Ổn định lớp học
1) Kiểm tra bài củ :
+ Câu 01 : Nội năng là gì ? Nó phụ thuộc những thông số nào ? Nêu hai cách làm biến
đổi nội năng ?
+ Câu 02 : Tại sao có thể nói rằng nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học là sự vận
dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng vào các hiện tượng nhiệt ?

2) Nội dung bài giảng : 

Phần làm việc của giáo viên Phần ghi chép của học sinh
I. NỘI NĂNG VÀ CÔNG CỦA KHÍ LÍ
TƯỞNG
1) Nội năng của khí lí tưởng
GV : Như các em đã biết đối với khí lí
tưởng thì sự tương tác giữa các phân tử có
đáng kể hay không ?
HS : Đối với khí lí tưởng thì sự tương tác
giữa các phân tử không đ1ng kể, chúng chỉ
đáng kể khi va chạm với nhau
GV : Như vậy nội năng của khí lí tưởng chỉ
bao gồm tổng động năng của chuyển động
hỗn loạn của phân tử có trong khí đó.
2) Biểu thức tính công
Áp lực F của khí tác dụng lên pittông thực
hiện một công nhỏ A :
A = Fh = pSh
Do đó : A = pV
 A = pS(h
2
– h
1
) = p(V
2
– V
1
)
I. NỘI NĂNG VÀ CÔNG CỦA KHÍ LÍ

TƯỞNG
1) Nội năng của khí lí tưởng
Nội năng của khí lí tư
ởng chỉ bao gồm
tổng động năng c
ủa chuyển động hỗn loạn
của phân tử có trong khí đó.
U = f(T)
2) Biểu thức tính công
Áp lực F của khí tác dụng lên pittông thực
hiện một công nhỏ A :
A = Fh = pSh
Do đó : A = pV
 A = pS(h
2
– h
1
) = p(V
2
– V
1
)
Nếu V > 0 thì khí sinh công, nếu V < 0
thì khí nhận công

3) Thể hiện công trên tọa độ p – V
Trong hệ toạ độ p –V công trong quá
Nếu V > 0 thì khí sinh công, nếu V < 0
thì khí nhận công
3) Thể hiện công trên tọa độ p – V

Trong hệ toạ độ p –V công trong quá
trình được thể hiện bằng diện tích giới hạn
bởi đoạn đường cong biểu diễn quá trình,
trục hoành và hai đường thẳng song song
với trục tung ứng với thể tích đầu và cuối
của khí.







II. ÁP DỤNG NGUYÊN LÍ THỨ NHẤT
CHO CÁC QUÁ TRÌNH CỦA KHÍ LÍ
TƯỞNG
1) Quá trình đẳng tích
GV : Trong quá trình đẳng tích, nhiệt lượng
mà khí nhận được để làm gì ?
HS : Trong quá trình đẳng tích, nhiệt lượng
mà khí nhận được chỉ dùng để làm tăng nội
năng của khí.
HS : Q = U
2) Quá trình đẳng áp
GV : Các em quan sát mô hình thí nghiệm
nung nóng một píttông bên trong có chứa
khí lí tưởng, các em cho biết khi nung
nóng, pittông sẽ như thể nào ?
HS : Khi nung nóng, pittông sẽ chạy ra
GV : Khi ta nung nóng, nghĩa là ta cung

cấp cho hệ một năng lượng dưới dạng
nhiệt, theo các em, phần năng lượng này sẽ
được dùng vào những việc gì ?
HS : Phần năng lượng này làm biến đổi nội
năng của khí lí tưởng, điển hình là làm các
phân tử khí chuyển động nhanh hơn (động
năng phân tử tăng ), và đồng thời tạo công
tác dụng lên pittông.
GV : Như vậy : Trong quá trình đẳng áp,
một phần nhiệt lượng mà khí nhận vào
được dùng để làm tăng nội năng của khí,
phần còn lại biến thành công mà khí sinh
ra.
trình đư
ợc thể hiện bằng diện tích giới hạn
bởi đoạn đường cong biểu diễn quá trình,
trục hoành và hai đư
ờng thẳng song song
với trục tung ứng với thể tích đầu và cu
ối
của khí.


II. ÁP DỤNG NGUYÊN LÍ TH
Ứ NHẤT
CHO CÁC QUÁ TRÌNH C
ỦA KHÍ LÍ
TƯỞNG
1) Quá trình đẳng tích
Trong quá trình đẳng tích, nhiệt lượng m

à
khí nhận được chỉ dùng để làm tăng n
ội
năng của khí.
Q = U



2) Quá trình đẳng áp
Trong quá trình đẳng áp, một phần nhiệt
lượng mà khí nhận vào được dùng để l
àm
tăng nội năng của khí, phần còn l
ại biến
thành công mà khí sinh ra.
Q = U + A
3) Quá trình đẳng nhiệt
GV : Xét trong quá trình đẳng nhiệt, toàn
bộ nhiệt lượng mà khí nhận được dùng vào
việc gì ?
HS : Trong quá trình đẳng nhiệt, toàn bộ
nhiệt lượng mà khí nhận được chuyển hết
thành công mà khí sinh ra.
Q = A
4) Chu trình
GV giảng giải cho học sinh chu trình này
GV : Nhiệt lượng mà hệ nhận được (trừ đi
nhiệt nhả ra) trong cả chu trình chuyển hết
thành công trong chu trình đó.
III. BÀI TẬP VẬN DỤNG

Đề bài : sách Giáo Khoa trang 237
Bài giải :
Câu a)
GV : Các em cho biết quá trình AB, BC và
CD
HS : AB là quá trình đẳng áp .
BC là quá trình đẳng tích.
CA là quá trình đẳng nhiệt.
Câu b)
GV : Công thực hiện trong quá trình đẳng
áp ? ( Gợi ý cho HS áp dụng)
A = pA V
Trong đó : V = VB – VA
Mặt khác theo phương trình Menđêlêep –
Clapêrôn cho A và B
pAVA = nRTA (1)
pBVB = nRTB (2)
Lấy (2) – (1), chú ý pA = pB ta được :
pA (VB – VA) = nR(TB – TA)
 A = nR(TB – TA)
A = 581,7 J
Câu c) Áp dụng nguyên lí thứ nhất cho quá
trình đẳng áp :
U = Q –A = 1000 – 581,7 = 418,3
J
Đối với quá trình đẳng tích BC, nội năng
ở C bằng nội năng ở A, do nhiệt độ bằng
nhau : A = 0
Vậy : Độ biến thiên nội năng trong quá
trình đẳng tích là U = - 418,3 J

Q = U + A
3) Quá trình đẳng nhiệt
Trong quá trình đẳng nhiệt, toàn bộ nhiệt
lượng mà khí nhận được chuyển hết th
ành
công mà khí sinh ra.
Q = A
4) Chu trình
Nhiệt lượng mà hệ nhận đư
ợc (trừ đi
nhiệt nhả ra) trong cả chu trình chuyển hết
thành công trong chu trình đó.
III. BÀI TẬP VẬN DỤNG
Đề bài :
Có 1,4 mol chất khí lí tưởng ở nhiệt độ
300 K. Đun nóng khí đẳng áp đến nhiệt độ
350 K, nhiệt lượng cung cấp cho khí trong
quá trình này là 1000 J . Sau đó khí đư
ợc
làm lạnh đẳng tích đến nhiệt độ bằng nhiệt
độ ban đầu và cuối cùng khí được đưa trở
về trạng thái đầu bằng quá trình nén đ
ẳng
nhiệt.
a) Vẽ đồ thị của chu trình đã cho trong h
ệ
tỏa độ p – V.
b) Tính công thực hiện trong quá trình đ
ẳng

áp.
c) Tính độ biến thiên n
ội năng ở mỗi quá
trình của chu trình.
d) Tính nhiệt lượng trong quá trình đ
ẳng
tích.
Bài giải :
a) AB là quá trình đẳng áp .
BC là quá trình đẳng tích.
CA là quá trình đẳng nhiệt.
b) Công thực hiện trong quá trình đẳng áp
A = pA V
Trong đó : V = VB – VA
Mặt khác theo phương trình Menđêlêep –

Clapêrôn cho A và B
pAVA = nRTA (1)
GV : Trong quá trình đẳng nhiệt thì nội
năng như thế nào ?
HS : Trong quá trình đẳng nhiệt thì U = 0
Câu d) Áp dụng nguyên lí thứ nhất cho quá
trình đẳng tích BC ta viết :
Q = U + A ( A = 0, U = - 418,3 J)
Vậy trong quá trình đẳng tích là :
Q = - 418,3 J .

pBVB = nRTB (2)
Lấy (2) – (1), chú ý pA = pB ta được :
pA (VB – VA) = nR(TB – TA)

 A = nR(TB – TA)
A = 581,7 J
c) Áp dụng nguyên lí thứ nhất cho quá
trình đẳng áp :
U = Q –A = 1000 – 581,7 = 418,3
J
Đối với quá trình đ
ẳng tích BC, nội năng
ở C bằng nội năng ở A, do nhiệt độ bằng
nhau
A = 0
Vậy : độ biến thiên nội năng trong quá
trình đẳng tích là U = - 418,3 J
Trong quá trình đẳng nhiệt thì U = 0
d) Áp dụng nguyên lí thứ nhất cho quá
trình đẳng tích BC ta viết :
Q = U + A ( A = 0, U = - 418,3 J)
Vậy trong quá trình đẳng tích là :
Q = - 418,3 J .

3) Cũng cố :
1) Nội năng khí lí tưởng là gì ? Nó phụ thuộc vào những đại lượng nào ?
2) Viết biểu thức tính công của khí lí tưởng . Các đại lượng tham gia vào biểu thức là của
khí hay là của vật ngoài ?
3) Viết biểu thức của nguyên lí thứ nhất cho các quá trình đẳng tích, đẳng áp, đẳng nhiệt
và chu trình ?
4) Dặn dò học sinh :
- Trả lời câu hỏi 1 ; 2; 3
- Làm bài tập : 1; 2; 3
  

Bài 56 – 57

NGUYÊN LÍ THỨ HAI CỦA NHIỆT ĐỘNG
LỰC HỌC
NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ
NHIỆT VÀ MÁY LẠNH
I. MỤC TIÊU
- Học sinh chỉ cần có khái niệm về nguyên lí thứ hai của nhiệt động lực học , nó liên quan
đến chiều diễn biến của các quá trình trong tự nhiên, nó bổ sung cho nguyên lí thứ nhất,
nó chỉ ra rằng : “ Không thể thực hiện được động cơ vĩnh cữu loại hai”
- Biết được nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt và máy lạnh và tìm biết được nguồn
nóng , nguồn lạnh, tác nhân cùng bộ phận phát động, công sinh ra hay nhận vào ở một số
máy hay gặp trong thực tế.
II. CHUẨN BỊ
- Dụng cụ và các đồ dùng dạy học
-
III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
 Ổn định lớp học
1) Kiểm tra bài củ :
+ Câu 01 : Nội năng khí lí tưởng là gì ? Nó phụ thuộc vào những đại lượng nào ?
+ Câu 02 : Viết biểu thức tính công của khí lí tưởng . Các đại lượng tham gia vào biểu
thức là của khí hay là của vật ngoài ?
+ Câu 03 : Viết biểu thức của nguyên lí thứ nhất cho các quá trình đẳng tích, đẳng áp,
đẳng nhiệt và chu trình ?
2) Nội dung bài giảng : 

Phần làm việc của giáo viên Phần ghi chép của học sinh
I. ĐỘNG CƠ NHIỆT
a) Nguyên tắc hoạt động của động cơ

nhiệt
* Động cơ nhiệt là thiết bị biến đổi nhiệt
lượng thành công.
Thí dụ : Thiết bị dùng để nâng vật nặng
nhờ biến đổi nhiệt lượng thành công.


* Động cơ nhiệt có ba bộ phận cấu thành :

+ Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng.
+ Nguồn lạnh thu nhiệt lượng do động cơ
tỏa ra.
+ vật trung gian nhận nhiệt sinh công và
tỏa nhiệt ( tác nhân )
* Nguyên tắc hoạt động của động cơ
I. ĐỘNG CƠ NHIỆT
a) Nguyên tắc hoạt động của động cơ
nhiệt
* Động cơ nhiệt là thiết bị biến đổi nhiệt
lượng thành công.
Thí dụ : Thiết bị dùng đ
ể nâng vật nặng
nhờ biến đổi nhiệt lượng thành công.


* Động cơ nhiệt có ba bộ phận cấu thành :

+ Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng.
+ Nguồn lạnh thu nhiệt lượng do động cơ
tỏa ra.

+ vật trung gian nhận nhiệt sinh công v
à
tỏa nhiệt ( tác nhân )
* Nguyên tắc hoạt động của động cơ
nhiệt :
Tác nhân nhận nhiệt lượng Q
1
từ nguồn
nóng biến một phần thành công A và tỏa
phần nhiệt còn lại Q
2
cho nguồn lạnh.
b) Hiệu suất động cơ nhiệt

1
21
1
Q
QQ
Q
A
η


Trong đó :
+  : Hiệu suất
+ A : Công do động cơ sinh ra
+ Q
1
: Nhiệt lượng nhận từ nguồn

nóng.
II. NGUYÊN LÍ THỨ HAI CỦA NHIỆT
ĐỘNG LỰC HỌC.
+ Nhiệt lượng không tự nó truyền từ một
vật nóng hơn.
+ Không thể chế tạo được động cơ vĩnh
cửu loại hai.

III. MÁY LẠNH
a) Nguyên tắc hoạt động của máy lạnh
Máy lạnh là một thiết bị dùng để lấy
nhiệt từ một vật này truyền sang vật khác
nóng hơn nhờ nhận công từ các vật ngoài.
* Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của máy
lạnh :




Thí dụ : Tủ lạnh trong gia đình.
b) Hiệu năng của máy lạnh

21
22
QQ
Q
A
Q
ε



Trong đó :
+ A : Công tiêu thụ.
+ Q
1
: Nhiệt lượng mà tác nhân tỏa ra
cho nguồn nóng.
+ Q
2
: Nhiệt lượng từ nguồn lạnh.
IV. HIỆU SUẤT CỰC ĐẠI CỦA MÁY
NHIỆT
* Hiệu suất cực đại ( Định lí Cacnô )
nhiệt :
Tác nhân nhận nhiệt lượng Q
1
từ nguồn
nóng biến một phần thành công A và tỏa
phần nhiệt còn lại Q
2
cho nguồn lạnh.
b) Hiệu suất động cơ nhiệt

1
21
1
Q
QQ
Q
A

η


Trong đó :
+  : Hiệu suất
+ A : Công do động cơ sinh ra
+ Q
1
: Nhiệt lư
ợng nhận từ nguồn
nóng.
II. NGUYÊN LÍ THỨ HAI CỦA NHI
ỆT
ĐỘNG LỰC HỌC.
+ Nhiệt lượng không tự nó truyền từ một
vật nóng hơn.
+ Không thể chế tạo được động cơ v
ĩnh
cửu loại hai.

III. MÁY LẠNH
a) Nguyên tắc hoạt động của máy lạnh
Máy lạnh là một thiết bị dùng đ
ể lấy
nhiệt từ một vật này truyền sang v
ật khác
nóng hơn nhờ nhận công từ các vật ngoài.
* Sơ đồ nguyên t
ắc hoạt động của máy
lạnh :

Thí dụ : Tủ lạnh trong gia đình.
b) Hiệu năng của máy lạnh

21
22
QQ
Q
A
Q
ε


Trong đó :
+ A : Công tiêu thụ.
+ Q
1
: Nhiệt lượng mà tác nhân tỏa ra
cho nguồn nóng.
+ Q
2
: Nhiệt lượng từ nguồn lạnh.
IV. HIỆU SUẤT CỰC ĐẠI CỦA MÁY
NHIỆT
* Hiệu suất cực đại ( Định lí Cacnô )
1
21

T
TT
η


+ T
1
: Nguồn nóng
+ T
2
: Nguồn lạnh
* Hiệu năng cực đại :
21
2
TT
T
ε


+ T
1
: Nguồn nóng
+ T
2
: Nguồn lạnh

1
21
T
TT

η


+ T
1
: Nguồn nóng
+ T
2
: Nguồn lạnh
* Hiệu năng cực đại :
21
2
TT
T
ε


+ T
1
: Nguồn nóng
+ T
2
: Nguồn lạnh

3) Cũng cố :

4) Dặn dò học sinh :
- Trả lời câu hỏi 1 ; 2; 3
- Làm bài tập : 1; 2; 3
  