Bài 59. Áp dụng nguyên lí I nhiệt động lực học cho khí lí tưởng

Bài 59-Lớp 10-KHTN

Áp dụng nguyên lí I nhiệt động lực học
cho khí lí tưởng
Giáo viên thực hiện: Trần Viết Thắng
Trường THPT Chu Văn An Thái Nguyên


Bài 59-Lớp 10-KHTN
Áp dụng nguyên lí I nhiệt động lực học cho khí lí tưởng
A. Mục tiêu bài học
1. Kiến thức:
- Nội năng của khí lí tưởng chỉ là tổng động
năng chuyển động của các phân tử khí, do
đó chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của khí.
- Biết được cơng thức tính cơng của khí lí
tưởng
2. Kỷ năng:
- Biết tính cơng khí thực hiện theo đồ thị
p – T(Độ lớn cơng = diện tích hình…).
- Biết tính cơng mà khí thực hiện, nhiệt
lượng trao đổi, độ biến thiên nội năng.


Kiểm tra bài cũ:
1. Nội năng là gì?
2. Khí lí tưởng là gì? Các ĐL của khí lí tưởng?
3. Phát biểu và viết biểu thức nguyên lí I NĐLH.
Q = ∆U + A
Qui ước về dấu của các đại lượng.

Áp dụng nguyên lí I nhiệt động lực học cho khí lí tưởng
1. Nội năng của khí lí tưởng:
- Chỉ gồm tổng động năng của CĐ của các phân tử khí.
- Chỉ phụ thuộc nhiệt độ của khí: U = f(T).
2. Cơng thức tính cơng.
Cho chất khí dãn nở đẳng áp trong xi
lanh, đẩy pitông dịch chuyển ∆h

F

Áp lực F tác dụng lên pitông thực hiện công
∆A’= F.∆h = pS.∆h = p ∆V
∆A’: cơng khí sinh ra, chất khí nhận công - ∆A = ∆A’

∆h


Áp dụng nguyên lí I nhiệt động lực học cho khí lí tưởng
Biểu thị cơng trên hệ toạ độ p - V

V2

Q trình dãn nở khí trong xilanh:
p1,V1 ⇒ p2,V2

Khi coi p’’ không đổi

∆A’2 = p’’∆V

∆A'1 + ∆A'2
p'+ p' '
∆A' =
= ∆V
2
2
∆A’ có độ lớn bằng diện tích hình
thang: chiều cao ∆V, đáy p’ và p’’

V’’
V’

∆V
V1

Xét quá trình nhỏ p’,V’đến p’’,V’’
Khi coi p’ không đổi

∆A’1 = p’∆V

F

p
M

p1
p’
p’’
p2

N

V’∆VV’’

O V1

V2

V


Áp dụng nguyên lí I nhiệt động lực học cho khí lí tưởng
Biểu thị cơng trên hệ toạ độ p - V

V2

Q trình dãn nở khí trong xilanh:
p1,V1 ⇒ p2,V2
∆A’ có độ lớn bằng diện tích hình thang
cong: chiều cao ∆V, đáy p1 và p2

F
V’’
V’

∆V
V1
p
M

p1
p’
p’’
p2

N

V’∆VV’’

O V1

V2

V


Áp dụng ngun lí I cho các q trình của khí lí tưởng
Q = ∆U - A
a. Q trình đẳng tích
∆V = 0 ⇒A = 0

p
2

p2
p1

1

Q = ∆U

* Q > 0 ⇒∆U > 0

O V1

Nhiệt chất khí nhận chỉ dùng để làm tăng nội năng
Ví dụ: Nung nóng khối khí trong bìng kín
* Q < 0 ⇒∆U < 0

Chất khí toả nhiêt làm giảm nội năng

V


Áp dụng ngun lí I cho các q trình của khí lí tưởng
Q = ∆U - A
b. Q trình đẳng áp

p

∆V ≠ 0 ⇒A ≠ 0

A = - A’ = - p(V2 – V1) (Với V2 > V1)

p

1

Q = ∆U + A’
A’ cơng mà khí sinh ra

2

A’
O V1

V2

Trong q trình đẳng áp, nhiệt lượng mà khí nhận
một phần dùng làm tăng nội năng, phần cịn lại biến
thành cơng mà khí sinh ra.

V


Áp dụng ngun lí I cho các q trình của khí lí tưởng
Q = ∆U - A
c. Q trình đẳng nhiệt

p
p1

1

Do T không đổi ⇒ ∆U = 0
2

p2

Q = - A = A’
O V1

V2 V

Trong quá trình đẳng nhiệt, nhiệt lượng mà khí nhận
biến hết thành cơng mà khí sinh ra.


Áp dụng ngun lí I cho các q trình của khí lí tưởng
Q = ∆U - A

d. Chu trình
Là q trình trạng thái cuối trùng
với trạng thái ban đầu.
A1a2 = S1a2V2V11 . (Cơng âm)
Khí dãn nở, sinh cơng
A2b1 = S2b1V1V22 (Cơng dương )
Khí bị nén, nhận cơng
Q= -A

p
p1

1

a

A’
p2

b

O V1

Tổng đại số nhiệt lượng mà hệ nhận biến hết thành
công mà hệ sinh ra trong chu trình Q = Q1 – Q2

2

V2 V


Bài tập vận dụng
1.Câu nào sau đây là đúng? Nội năng của khí lí tưởng:
A. Bao gồm động năng CĐ nhiệt của các phân tử và thế năng tương
tác giữa chúng, và phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích.
B. Bao gồm động năng CĐ nhiệt của các phân tử và thế năng tương
tác giữa chúng, và phụ thuộc vào nhiệt độ, thể tích và áp suất..
C. Là thế năng tương tác giữa các phân tử khí,và chỉ phụ thuộc vào
nhiệt độ và thể tích.
D. Là động năng chuyển động của các phân tử khí,và chỉ phụ thuộc
vào nhiệt độ.


Bài tập vận dụng
2 .Gọi Q nhiệt lượng truyền cho khí, A, A’ là cơng mà chất khí nhận
từ ngồi và thực hiện lên vật khác, ∆U là độ tăng nội năng của khí .
Câu nào sau đây nói về biểu thức ngun lí I NĐLH là khơng đúng?
A. Q = A’ (Quá trình đẳng nhiệt)
B. ∆U = Q + A (Q trình đẳng tích)
C. A’ + Q - ∆U (Quá trình đẳng áp)

D. Q = A’ (Chu trình )


Bài tập vận dụng
3 .Một lượng khí được dãn từ thể tích V1 đến V2 (V2 > V1).

Q trình lượng khí thực hiện cơng ít nhất là:
A. Dãn đẳng tích rồi dãn đẳng áp
B. Dãn đẳng nhiệt rồi dãn đẳng tích.
C. Dãn đẳng áp rồi dãn đẳng nhiệt
D. Dãn đẳng nhiệt rồi dãn đẳng áp


Kiểm tra bài cũ:
1. Nội năng là gì?
2. Khí lí tưởng là gì? Các ĐL của khí lí tưởng?
* Nội năng là dạng năng lượng bên trong của hệ, nó
chỉ phụ thuộc vào trạng thái của hệ, bao gồm tổng
động năng CĐ nhiệt của các phân tử và thế năng
tương tác giữa các phân tử cấu tạo nên hệ.
* Khí lí tưởng: Các phân tử được coi là chất điểm,
CĐ hỗn loạn không ngừng, chỉ tương tác với nhau
khi va chạm.
* Ba ĐL, ba đẳng quá trình….