Bài tập vật lý phần nhiệt học

CHƯƠNG M TỘ
NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG HỌC
2-1. Một chất khí lưởng nguyên tử có thể tích V
1
= 0,5, áp suất
p
1
= 0,5 at. Nó bò nén đoạn nhiệt tới thể tích V
2
và áp suất p
2
.
Sau đó người ta giữ nguyên thể tích V
2
và làm lạnh nó đến
nhiệt độ ban đầu . Khi đó áp suất của khí là p
o
= 1 at.
a. Vẽ đồ thò của quá trình.
b. Tính V
2
và p
2
.
2-2. Một kmol khi thực hiện một chu trình như hình vẽ. Với
AB và CD là hai quá trình đẳng nhiệt ứng với nhiệt độ T
1
và
T
2
, biết khối lượng của 1

kmol khí đó làµ.
a. Chứng minh rằng:
C
D
B
A
P
P
P
P
=
b. Hãy tính tổng công
do khí sinh ra và
nhiệt lượng mà khí
thực sự nhận vào
trong cả chu trình.
2-3. Khối khí CO
2
được coi
là khí lý tưởng có khối
lượng
m = 11g, nhiệt độ khí ở
trạng thái ban đầu là t
1
=
127
o
C. Khối khí được làm
22
A

V
T
2
V
2
p
A
p
C
T
1
V
1
p
D
p
B
p
O
C
D
B
giãn đẳng áp để thể tích tăng 1,5 lần, sau đó lại làm nguội đẳng
tích để nhiệt độ giảm 2 lần. Cho hằng số khí lý tưởng R = 8,31
J/mol.K
a. Tính công và nhiệt mà hệ nhận vào sau hai quá trình
trên.
b. Người ta tiếp tục nén đẳng nhiệt khối khí đến thể tích
bằng thể tích khí lúc đầu. Tính độ biến thiên nội năng
của khí sau cả ba quá trình trên.

c. Áp suất khí ở trạng thái cuối tăng hay giảm bao nhiêu
lần so với áp suất ở trạng thái đầu.
d. Hãy biểu diễn các quá trình này trên đồ thò VT.
23
CHƯƠNG HAI
NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG HỌC
3-1. Một máy nhiệt lý tưởng chạy theo chu trình Carnot, có
nguồn nóng ở nhiệt độ 117
o
C và nguồn lạnh ở 27
o
C. Máy nhận
của nguồn nóng 63.000cal/s. Tính:
a. Hiệu suất của máy.
b. Nhiệt lượng cho guồn lạnh trong 1s.
c. Công suất của máy.
3-2. Một chu trình Carnot thực hiện giữa hai máy điều nhiệt có
nhiệt độ t
1
= 400
o
C, t
2
= 20
o
C. Thời gian để thực hiện chu trình là
τ = 1s. Tính công suất của động cơ làm việc theo chu trình ấy
nếu biết tác nhân là 2kg không khí. Áp suất ở cuối quá trình
giản đoạn nhiệt bằng áp suất ở đầu quá trình nén đoạn nhiệt.
Cho µ của không khí là 29kg/Kmol.

3-3. Cho khối lý tưởng thực hiện một chu trình gồm các quá
trình:
− Quá trình 12 là quá trình đẳng áp
− Quá trình 23 là quá trình
đẳng tích
− Quá trình 31 là quá trình nén
đoạn nhiệt.
Tính hiệu suất của động cơ
nhiệt theo các nhiệt độ T
1
, T
2
, T
3
và hệ số γ.
3-4. Cho một Kmol khí lý tưởng
thực hiện một chu trình gồm hai
24
V
p
O
3
2
1
quá trình đẳng tích và hai quá trình đẳng áp. Khi đó, thể tích
của khí thay đổi từ V
1
= 25m
3
đến V

2
= 50m
3
và áp suất từ
p
1
= 1at đến p
2
= 2at. Hỏi công thực hiện bởi quá trình này nhỏ
hơn bao nhiêu lần công thực hiện bởi chu trình Carnot có các
đường đẳng nhiệt ứng với nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất của chu
trình trên, nếu khí giãn đẳng nhiệt thể tích tăng lên hai lần.
3-5. Một động cơ nhiệt có tác nhân là khí lý tưởng thực hiện
một chu trình gồm ba quá
trình:
− Quá trình 12 là quá
trình đẳng áp
− Quá trình 23 là quá
trình đoạn nhiệt
− Quá trình 31 là quá
trình nén đẳng nhiệt.
Tính hiệu suất của
động cơ theo nhiệt độ cao
nhất và thấp nhất của chu
trình.
3-6. Một máy hơi nước
thực hiện chu trình
25
V
p

O
3
2
1
V
T
2
V
2
T
1
V
1
O
3
4
2
1
p
Stirling gồm hai quá trình đẳng nhiệt ở các nhiệt độ T
1
, T
2
và
hai quá trình đẳng tích ứng với hai thể tích V
1
và V
2
xen kẻ
nhau như hình vẽ. Cho biết

a
V
V
1
2
=
. Hãy tính hiệu suất của
máy hơi nước theo a, T
1
, T
2
và hệ số γ. So sánh với hiệu suất
của chu trình Carnot chạy có cùng nguồn nóng và nguồn lạnh
đó.
3-7. Một động cơ nhiệt làm việc theo chu trình Otto thuận
nghòch gồm hai quá trình đoạn nhiệt 12 và 34, và hai quá trình
đẳng tích 23 và 41, với tác nhân là khhối khí lý tưởng. Hãy tính
hiệu suất của chu trình theo nhiệt độ của T
1
và T
2
ứng với các
trạng thái 1 và 2. Sau đó so sánh hiệu suất của động cơ nhiệt
này với động
cơ nhiệt làm
việc theo chu
trình Carnot
với nguồn
nóng và
nguồn lạnh

có nhiệt độ
tương ứng
với nhiệt độ
cực đại và
nhiệt độ cực
tiểu trong
chu trình
Otto.
26
V
p
O
3
4
2
1
3-8. Một máy hơi nước thực hiện chu trình gồm hai quá trình
đẳng nhiệt ở các
nhiệt độ T
1
, T
2
và
hai quá trình đẳng
áp ứng với hai áp
suất p
1
và p
2
xen

kẻ nhau như hình
vẽ. Cho biết
a
p
p
2
1
=
. Hãy tính
hiệu suất của máy
hơi nước theo a,
T
1
, T
2
và hệ số γ,
so sánh với hiệu
suất của chu trình
Carnot chạy có
cùng nguồn nóng
và nguồn lạnh đó.
3-9. Một chu trình được thực hiện bởi Z kmol khí lý tưởng gồm
hai quá trình đoạn nhiệt, một quá trình đẳng áp và một quá
trình đẳng tích như hình vẽ, biết nhiệt độ tại trạng thái 1 là T
1
,
hệ số nén đoạn nhiệt 1 → 2
là
2
1

V
V
a=
, độ giãn đẳng áp 2
→ 3 là
2
3
V
V
b =
và tỉ số
nhiệt dung phân tử γ.
27
V
T
2
p
2
T
1
p
1
p
O
3
4
2
1
V
V

3
V
2
V
1
p
O
3
4
2
1
Hãy tìm nhiệt lượng mà khối khí thực sự nhận được sau
một chu trình và hiệu suất của chu trình theo các giá trò a, b, Z,
γ, T
1
.

28