Định dạng và phương pháp giải bài tập nhiệt học trong chương trình Vật Lý Phổ Thông

Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………




Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
1

A – MỞ ĐẦU
1. Lý do của việc chọn đề tài:
Việc học tập môn vật lý muốn đạt kết quả tốt thì trong quá trình nhận thức
cần phải biết đối chiếu những khái niệm, định luật, mô hình vật lý – những sản
phẩm do trí tuệ con người sáng tạo – với thực tiễn khách quan để nắm vững được
bản chất của chúng; biết chúng được sử dụng
để phản ánh, miêu tả, biểu đạt đặc
tính gì, quan hệ nào của hiện thực khách quan cũng như giới hạn phản ánh đến
đâu.
Đối với học sinh trung học phổ thông, bài tập vật lý là một phương tiện quan
trọng giúp học sinh rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết đã học vào thực
tiễn. Việc giải bài tập vật lý giúp các em ôn tập, cũng cố, đ
ào sâu, mở rộng kiến
thức, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát để giải quyết các vấn đề
của thực tiễn. Ngoài ra, nó còn giúp các em làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển
khả năng tư duy cũng như giúp các em tự kiểm tra mức độ nắm kiến thức của bản
thân.
Tuy nhiên, các em còn gặp nhiều khó khăn trong việc giải bài tập vật lý như:
không tìm được hướng giải quyế
t vấn đề, không vận dụng được lý thuyết vào việc
giải bài tập, không tổng hợp được kiến thức thuộc nhiều phần của chương trình
đã học để giải quyết một vấn đề chung,...hay khi giải các bài tập thì thường áp

dụng một cách máy móc các công thức mà không hiểu rỏ ý nghĩa vật lý của
chúng.
Ngoài ra, đề tài này có nội dung gần và thiết thực với nội dung kiến tập, thực
t
ập cũng như công việc giảng dạy về sau của sinh viên. Do đó, em đã chọn đề tài
này.
Nếu nghiên cứu đề tài thàng công sẽ góp phần giúp việc học tâp môn vật lý
của học sinh tốt hơn, đồng thời cũng giúp cho việc học tập và việc giảng dạy về
sau của sinh viên.
3. Mục đích nghiên cứu:
Việc nghiên cứu đề tài này nhằm tìm cách để giải bài tập một cách dể hiểu,
cơ bản, từ thấp đến cao, giúp học sinh có kỹ năng giải quyết tốt các bài tập, hiểu
được ý nghĩa vật lý của từng bài đã giải, rèn luyện thói quen làm việc độc lập,
sáng tạo, phát triển khả năng tư duy,...giúp các em học tập môn Vật lý tốt hơn.
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………




Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
2

3. Đối tượng nghiên cứu:
Các bài tập Vật lý phân tử và Nhiệt học lớp 10,11.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu:
Phân loại được các bài tập Vật lý phân tử và nhiệt học trong chương trình
Vật lý lớp 10,11.
Đề ra phương pháp giải bài tập Vật lý nói chung, phương pháp giải các loại
bài tập vật lý theo phân loại, phương pháp giải từng dạng bài tập cụ thể của Vật lý

phân tử và nhiệt học lớp 10,11(các bài t
ập cơ bản, phổ biến mà học sinh lớp
10,11 thường gặp ).
5. Phương pháp nghiên cứu:
Sử dụng kết hợp nhiều phương pháp: so sánh, đối chiếu, phân tích, tổng
hợp,...
6. Đóng góp của đề tài:
Đề tài có thể hỗ trợ cho việc học tập và giảng dạy môn vật lý lớp 10, lớp11,
làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành sư phạm vật lý.
Qua quá trình nghiên cứu đề tài giúp cho bản thân tôi nâng cao nhận thức về

phân loại và giải các bài tập vật lý phân tử và nhiệt học.















Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………


Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
3

B- NỘI DUNG
PHẦN I
TÓM TẮT LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ VẬT LÝ PHÂN TỬ VÀ NHIỆT HỌC
Chương I
CHẤT KHÍ
I. Những cơ sở của thuyết động học phân tử:
1.1 Thuyết động học phân tử:
Nội dung:
a. Các chất có cấu tạo gián đoạn và gồm một số rất lớn các phân tử. Các
phân tử lại được cấu tạo từ các nguyên tử.
b. Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng. Cường độ chuyển động
biểu hiện nhiệt độ của hệ.
c. Kích thước phân tử rất nhỏ ( khoảng 10
-10
cm ) so với khoảng cách giữa
chúng. Số phân tử trong một thể tích nhất định là rất lớn. Trong nhiều trường hợp
có thể bỏ qua kích thước của các phân tử và coi mỗi phân tử như một chất điểm.
d. Các phân tử không tương tác với nhau trừ lúc va chạm. Sự va chạm giữa
các phân tử và giữa phân tử với thành bình tuân theo những định luật về va chạm
đàn hồi của cơ học Newton.
Các giả thuyết a, b đúng với mọi chất khí còn các giả thuyết c, d chỉ đúng
với chất khí lý tưởng.
1.2 Áp suất và nhiệt độ chất khí theo quan điểm của thuyết động học phân
tử:

1.2.1 Áp suất:
- Định nghĩa:
Lực của các phân tử chất khí tác dụng vuông góc lên một đơn vị điện tích
trên thành bình chính là áp suất của chất khí:

S
F
p
∆
=

Trong đó: F là lực tác dụng của các phân tử khí lên đơn vị diện tích.
- Công thức:

wnp
3
2
=


Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………




Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
4

Trong đó:

p : Áp suất chất khí
n : Mật độ phân tử khí
: Động năng trung bình chuyển động vì nhiệt của các phân tử.
w
- Đơn vị:
Trong hệ SI, đơn vị áp suất là Newton/met vuông, ký hiệu là N/m
2
hay
Pascal, ký hiệu là Pa:
1N/m
2
= 1Pa
Ngoài ra, áp suất còn được đo bằng:
Atmôtphe kỹ thuật, ký hiệu là at:
1at = 9,81.10
4
N/m
2
= 736 mmHg
Atmôtphe vật lý, ký hiệu là atm:
1atm = 10,13.10
4
N/m
2
= 760 mmHg = 1,033 at
1.2.2 Nhiệt độ:
Nhiệt độ theo quan điểm động học phân tử là đại lượng đặc trưng cho tính
chất vĩ mô của vật, thể hiện mức độ nhanh hay chậm của chuyển động hỗn loạn
của các phân tử cấu tạo nên vật đó:

w
3
2
=
θ

Thang nhiệt độ:
- Mối liên hệ giữa nhiệt độ tính theo các nhiệt giai khác nhau:
+ Nhiệt độ T tính theo nhiệt giai Kelvin và nhiệt độ t tính theo nhiệt giai
Celcius:
T = 273,15
o
+ t
+ Nhiệt độ T
F
tính theo nhiệt giai Fahrenheit và nhiệt độ t tính theo nhiệt
giai Celcius:

o
F
tT
32
5
9
+=

- Công thức về mối liên hệ giữa nhiệt độ đo bằng năng lượng với nhiệt độ đo
bằng đơn vị độ:

KTw ==

3
2
θ

Suy ra:
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………




Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
5


KTw
2
3
=

Trong đó, K = 1,38.10
-28
J/K.
T = 0K được gọi là độ không tuyệt đối và nhiệt giai Kelvin được gọi là nhiệt
giai tuyệt đối.
Vì ý nghĩa vật lý của nhiệt độ gắn liền với động năng trung bình của chuyển
động tịnh tiến của phân tử nên nhiệt độ có tính chất thống kê. Không thể nói nhiệt
độ của một phân tử hay của một số ít phân tử cũng như không thể nói phân tử
“nóng” hay phân tử “lạnh”.
Ở những nơi có một số rất ít phân tử khí thì cũng

không thể đặt vấn đề đo nhiệt độ của khí ở những nơi đó được.
1.3 Các định luật thực nghiệm và phương trình trạng thái của khí lý tưởng:
1.3.1 Mẫu khí lý tưởng có các đặc điểm sau:
- Khí lý tưởng gồm một số rất lớn các phân tử có kích thước rất nhỏ so với
khoảng cách trung bình gi
ữa chúng; các phân tử chuyển động nhiệt hỗn loạn
không ngừng.
- Lực tương tác của các phân tử là không đáng kể trừ lúc va chạm.
- Sự va chạm giữa các phân tử và giữa phân tử với thành bình là va chạm
hoàn toàn đàn hồi.
1.3.2 Thông số trạng thái và phương trình trạng thái:
- Mỗi tính chất vật lý của hệ được đặc trưng bởi một đại lượng vật lý được
gọi là thông số tr
ạng thái của hệ như: áp suất p, nhiệt độ T, thể tích V, ...
- Phương trình nêu lên mối liên hệ giữa các thông số p,V,T của một khối
lượng khí xác định được gọi là phương trình trạng thái; dạng tổng quát: p = f(V,T).
1.3.3 Định luật Boyle – Mariotte (Quá trình đẳng nhiệt) :
a. Định luật:
Với một khối lượng khí xác định, ở nhiệt độ không đổi (T=const), tích số giữa
thể tích và áp suất là một hằng số.
b. H
ệ thức:
p
1
V
1
= p
2
V
2

Hay pV = const
c. Đường đẳng nhiệt:
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………




Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
6

Trong hệ tọa độ OpV, các đường đẳng nhiệt là các đường hyperbol biểu
diễn mối liên hệ giữa p và V. Tập hợp các đường đẳng nhiệt được gọi là họ các
đường đẳng nhiệt.

T
2
T
1
p
V







1.3.4 Định luật Charles ( Quá trình đẳng tích ) :
a. Định luật:

Khi thể tích không đổi thì áp suất của một khối lượng khí cho trước biến
thiên bậc nhất theo nhiệt độ.
b. Hệ thức:

const
T
p
=

Định luật Charles viết theo nhiệt giai Celcius: )1( tpp
ot
α
+=
Trong đó:
p
t
: Áp suất ở t
o
C
p
o
: Áp suất ở 0
o
C
: Hệ số nhiệt biến đổi áp suất đẳng tích của khí.
273
1
=
α

c. Đường đẳng tích:

- 273
p
V
1
V
2
t
o
C






Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………




Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
7


1.3.5 Định luật Gay – Lussac ( Quá trình đẳng áp):
a. Định luật:
Khi áp suất không đổi thì thể tích của một khối lượng khí cho trước biến

thiên bậc nhất theo nhiệt độ.
b. Hệ thức:

const
T
V
=

Định luật Gay – Lussac viết theo nhiệt giai Celcius:
V
t
=V
o
( 1 +
α
t )
Trong đó:
V
t
: thể tích khí ở t
o
C
V
o
: thể tích khí ở 0
o
C
: hệ số nhiệt giãn đẳng áp của chất khí.
c. Đường đẳng áp:

1.3.6 Định luật Dalton:
a. Định luật:
Áp suất của hỗn hợp khí bằng tổng các áp suất riêng phần của các khí thành
phần tạo nên hỗn hợp.
b. Hệ thức:
p = p
1
+ p
2
+ ... + p
n
1.3.7 Phương trình trạng thái khí lý tưởng:
Từ hai định luật Boyle – Mariotte và Charles ta xác định được phương trình
trạng thái khí lý tưởng:

const
T
pV
=

273
=
α
1

p
2
p
1
V
T
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………




Phương trình Claypeyron – Mendeleev:
Từ hai hệ thức đã biết:

wnp
3
2
=


TKw
2
3
=

Suy ra: (n là mật độ phân tử khí).
TKnp =
Gọi N là số phân tử khí trong thể tích V, ta được:

KT

V
N
p =
(1)
Trong một kmol khí bất kì chứa một số phân tử là N
A
= 6,23.10
26
kmol
-1
. Nếu
gọi µ là khối lượng một kmol khí, m là khối lượng của khối khí ta sẽ có:

A
N
Nm
=
µ

Suy ra:

A
N
m
N
µ
=

Thay vào (1), ta được:

KTN
m
pV
A
µ
=
(2)
Đặt : R = N
A
K gọi là hằng số khí lý tưởng.
R = 8,31.10
3
J/kmol.K
Thay R vào (2), ta được:

RT
m
pV
µ
=

Phương trình khí lý tưởng viết như trên được gọi là phương trình Claypeyron
– Mendeleev.
1.4 Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử:
1.4.1 Các vận tốc đặt trưng của phân tử khí (theo Maxwell):
a. Vận tốc có xác suất cực đại:

µ
RT
m

KT
v
m
22
==


Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
8

Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………




Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
9

b. Vận tốc căn trung bình số học:

µππ
RT
m
KT
v
88
==

c. Vận tốc căn trung bình bình phương (vận tốc căn quân phương) :

µ
RT
m
KT
v
33
==

Chú ý:

vvv
m
<<

1.4.2 Sự phân bố mật độ phân tử khí trong trường lực đều (Phân bố
Bolzmann):
a. Công thức khí áp:

RT
zg
o
epp
µ
−
=

b. Công thức về sự phân bố mật độ phân tử theo độ cao:

RT
zg
o
enn
µ
−
=

1.4.3 Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử chất khi:

wnp
3
2
=

II. Sự va chạm của các phân tử và các hiện tượng truyền trong chất khí:
2.1 Quãng đường tự do trung bình:
Khoảng cách trung bình mà một phân tử chuyển động hoàn toàn tự do giữa
hai va chạm kế tiếp nhau được gọi là quãng đường tự do trung bình của các phân
tử, ký hiệu là:
λ
Biểu thức:

2
2
1
dn
π
λ
=

Trong đó:
d : Đường kính của phân tử
v : Vận tốc chuyển động của phân tử
n : Mật độ phân tử.
2.2 Các hiện tượng truyề
n trong chất khí:
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………




Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
10

Các phân tử khí chuyển động nhiệt hỗn loạn, đồng thời chuyển từ vùng nọ
sang vùng kia tạo nên các hiện tượng truyền trong chất khí.
2.2.1 Hiện tượng khuếch tán:
Tại miền không gian chứa một chất khí mà khối lượng riêng của chất khí đó
chưa đồng nhất thì sẽ xảy ra hiện tượng khuếch tán tức là có sự truyền khối
lượng khí từ chổ có khối lượng riêng lớn
đến chổ có khối lượng riêng nhỏ. Khi
khối lượng riêng của chất khí đồng nhất tại mọi điểm trong không gian thì hiện
tượng khuếch tán dừng lại. Bản chất của hiện tượng khuếch tán là sự vận chuyển
các phân tử.
Biểu thức tính hệ số khuếch tán D:

Pd
TKTR

vD
2
2
8
3
1
3
1
π
µπ
λ
==


Đơn vị của D trong hệ SI là m
2
/s.
D tỉ lệ nghịch với P và tỉ lệ thuận với T, nghĩa là áp suất càng thấp thì hệ số
khuếch tán càng cao và nhiệt độ càng cao thì hệ số khuếch tán càng lớn. Ngoài
ra, hệ số khuếch tán còn phụ thuộc vào bản chất của chất khí.
2.2.2 Hiện tượng truyền nhiệt:
Trong một môi trường (rắn, lỏng, khí) có sự phân bố nhiệt không đều thì sẽ
tồn tại một dòng nhiệt hướng t
ừ những miền có nhiệt độ cao của môi trường sang
miền có nhiệt độ thấp hơn.
Trong chất khí, hiện tượng truyền nhiệt là do các phân tử khí chuyển động
nhiệt hỗn loạn va chạm với nhau nên động năng truyền từ nơi có nhiệt độ cao
sang nơi có nhiệt độ thấp hơn. Bản chất của hiện tượng truyền nhiệt là sự truyền
năng lượng.
Cần lưu ý nhiệt lượng là sự trao đổi năng lượng chứ không phải là năng

lượng.
Biểu thức xác định hệ số dẫn nhiệt:

Knv
i
λχ
6
=

Trong đó: i là bậc tự do:
Phân tử có 1 nguyên tử: i = 3
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………




Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
11

Phân tử có 2 nguyên tử: i = 5
Phân tử có từ 3 nguyên tử trở lên: i = 6
Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất chất khí.
2.2.3 Hiện tượng nội ma sát:
Hiện tượng nội ma sát trong chất khí là hiện tượng sinh ra lực ma sát giữa
các lớp khí chuyển động thành những dòng (hoặc lớp) khí với những vận tốc khác
nhau.
Biểu thức của hệ số nội ma sát (còn gọi là hệ số
nhớt) :

ρλη
v
3
1
=

Trong đó:
ρ
là khối lượng riêng của chất khí .
Hệ số ma sát phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của chất khí.
III.Nội năng của khí lý tưởng:
3.1 Nội năng:
Nội năng là một dạng năng lượng bên trong của một 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 t
ạo nên hệ và thế năng tương tác giữa các phân tử đó.
Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích: Khi nhiệt độ thay đổi thì động
năng của các phân tử thay đổi dẫn đến nội năng của hệ thay đổi; khi thể tích thay
đổi thì khoảng cách giữa các phân tử thay đổi làm cho thế năng tương tác giữa
chúng thay đổi nên sẽ làm nội năng của hệ thay đổi.
Có hai cách làm biến đổ
i nội năng là thực hiện công và truyền nhiệt.
3.2 Công và nhiệt lượng:
3.2.1 Công:
Xét về bản chất vật lý có thể hiểu công cơ học là phần năng lượng đã được
biến đổi từ dạng này sang dạng khác hoặc là phần năng lượng (trừ trường hợp
năng lượng chuyển động nhiệt) đã được truyền từ nơi này đến nơi khác.
Đơn vị c
ủa công là J.
a. Công thực hiện trong quá trình:

Giả sử ta có một quá trình chuẩn cân bằng (quá trình thuận nghịch) của một
hệ, với biến thiên thể tích dV khá nhỏ bao giờ ta cũng có thể coi như áp suất của
hệ không thay đổi.
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………



Công nguyên tố : dA = pdV
Công thực hiện trong cả quá trình chuẩn cân bằng đi từ trạng thái C
1
đến
trạng thái C
2
bằng tổng các công dA:


∫∫
==
2
1
V
V
pdVdAA
Trong đó, V
1
, V
2
là thể tích của hệ ở trạng thái C
1
và C

2
tương ứng.
- Công trong quá trình đẳng tích:
dA = pdV = 0 (dV = 0)

0==
∫
dAA

- Công trong quá trình đẳng áp: p = const

)(
12
2
1
2
1
VVpdVppdVA
V
V
V
V
−===
∫∫
- Công trong quá trình đẳng nhiệt: T = const

dV
V
RTm
pdVdA

µ
==


2
1
ln
p
p
RT
m
A
µ
=

b. Công trong quá trình đoạn nhiệt:

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=
1
2
1
1

T
T
TC
m
A
V
µ

c. Công thực hiện trong chu trình:

∫∫
== pdVdAA

Trong đó,
∫
là tích phân lấy theo đường cong kín biểu diễn chu trình.
3.2.2 Nhiệt lượng:
Phần năng lượng mà vật nhận được hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt
được gọi là nhiệt lượng và được tính bằng công thức:
Q = mc(t
2
– t
1
) = mc
∆
t
Trong đó:
c: Nhiệt dung riêng của chất cấu tạo nên vật (J/kg.K)
m: Khối lượng của vật (kg)

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
12


∆
t: Độ biến thiên nhiệt độ
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………



Q: Nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa ra.
Phương trình cân bằng nhiệt: Q
1
+ Q
2
= 0
3.3 Nhiệt dung riêng và nhiệt dung riêng phân tử:
Nhiệt dung riêng của một chất bất kỳ là một đại lượng vật lý có giá trị bằng
nhiệt lượng cần truyền cho một đơn vị khối lượng chất đó để làm tăng nhiệt độ
thêm 1
o
. Kí hiệu là c.
Nhiệt dung riêng phân tử của một chất bất kỳ là một đại lượng vật lý có giá trị
bằng nhiệt lượng cần truyền cho một kmol chất ấy để làm tăng nhiệt độ thêm 1
o
.
Kí hiệu C.
Ta có: C =
µ

c
Đơn vị của c và C là J/kg.K
Nhiệt dung riêng phân tử đẳng tích:
V
V
dT
dQ
C
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=

Nhiệt dung riêng phân tử đẳng áp:
p
p
dT
dQ
C
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=

3.4 Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học:
Nguyên lý 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.
3.4.1 Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng:
Trong một hệ kín có sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác
nhưng năng lượng tổng cộng được b
ảo toàn.
3.4.2 Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lưc học:
Nhiệt lượng truyền cho hệ làm biến thiên nội năng của hệ và biến thành công
mà hệ thực hiện lên các hệ khác.
Biểu thức: Q =
∆
U + A
Trong đó: Q: Nhiệt lượng truyền cho vật
A: Công do vật thực hiện

∆
U: Độ biến thiên nội năng của vật.
3.4.3 Áp dụng nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học cho khí lý
tưởng:
a.
Nội năng và công của khí lý tưởng:

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
13

Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………


Do bỏ qua tương tác giữa các phân tử khí lý tưởng (Trừ lúc va chạm) nên
nội năng của khí lý tưởng chỉ bao gồm tổng động năng chuyển động nhiệt của các
phân tử và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của khí.
Biểu thức tính công của khí lý tưởng khi giãn nở:
A = p (V
2
– V
1
) = p
∆
V (Với p = Const)
Nếu:
∆
V > 0, khí sinh công;
∆
V < 0, khí nhận công.
b. Áp dụng nguyên lý thứ nhất cho các quá trình của khí lý tưởng:
- Quá trình đẳng tích: Trong quá trình này, nhiệt lượng mà khí nhận được chỉ
dùng làm tăng nội năng của khí: Q =
∆
U
- Quá trình đẳng áp: Một phần nhiệt lượng mà khí nhận vào được dùng làm
tăng nội năng của khí, phần còn lại biến thành công mà khí thực hiện: Q =
∆
U + A
- Quá trình đẳng nhiệt: Toàn bộ nhiệt lượng mà khí nhận được chuyển hết
thành công mà khí sinh ra: Q = A
- Chu trình:
Chu trình là một quá trình mà trạng thái cuối của nó trùng với trạng thái

đầu.
Nhiệt lượng mà hệ nhận được trừ đi nhiệt lượng tỏa ra trong cả chu
trình chuyển hết thành công của chu trình đó.
Biểu thức: Q = A
Trong đó: A = A
1
– A
2
> 0: Công trong toàn bộ chu trình.
Q = Q
1
– Q
2
: Tổng đại số nhận được trong chu trình ( Q
1
là
nhiệt lượng nhân vào, Q
2
là nhiệt lượng tỏa ra).
- Quá trình đoạn nhiệt:
Trong quá trình đoạn nhiệt hệ được cách nhiệt tốt nên không có sự trao
đổi nhiệt giữa hệ và môi trường xung quanh, nghĩa là: Nếu công thực hiện bởi hệ
(A > 0) thì phải có sự giảm nội năng của hệ; ngược lại, nếu công thực hiện trên hệ
(A < 0) thì phải có sự tăng nội năng của hệ.
Biểu thức: A = -
∆
U
3.4.4 Hiệu suất của động cơ nhiệt:

2

21
1
Q
QQ
Q
A
H
−
==



Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
14

Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………




Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
15

Chương II
CHẤT RẮN
I. Sơ lược về chất rắn:
Khoảng cách giữa các phân tử chất rắn nhỏ, mật độ phân tử lớn, các phân
tử không chuyển động nhiệt hỗn loạn mà dao động quanh vị trí cân bằng, lực liên

kết phân tử lớn. Do đó, chất rắn có hình dạng và thể tích xác định.
Có thể phân biệt chất rắn thành hai loại: chất rắn kết tinh và chất r
ắn vô định
hình. Do cấu trúc của phân tử chất rắn vô định hình gần giống như của chất lỏng
nên thông thường chất rắn vô định hình được coi như chất lỏng có độ nhớt rất
lớn.
II. Sự giãn nở vì nhiệt của chất rắn:
Các vật rắn nói chung nở ra khi nhiệt độ tăng lên.
Nguyên nhân gây ra sự giãn nở nhiệt của vật rắn không phải do sự tăng biên
độ
dao động của các hạt mà chính là do sự tăng khoảng cách trung bình giữa các
hạt khi nhiệt độ tăng.
Sự giãn nở nhiệt của vật rắn được phân thành hai trường hợp, đó là: sự giãn
nở dài và sự giãn nở khối (giãn nở thể tích).
Các công thức:
a. Công thức sự giãn nở dài:
l = l
o
(1 +
α
t)
Trong đó:
l
o
: Chiều dài của vật ở 0
o
C (m)
l: Chiều dài của vật ở t
o
C (m)

α
: Hệ số nở dài (K
-1
)
b. Công thức sự giãn nở khối (giãn nở thể tích):
V = V
o
(1 +
β
t)
Trong đó:
V: Thể tích ở t
o
C (m
3
)
V
o
: Thể tích ở 0
o
C (m
3
)

β
: Hệ số nở thể tích (K
-1
)
Đối với vật đồng chất và đẳng hướng:

β
= 3
α
.

Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………



III. Nội năng và nhiệt dung riêng phân tử của chất rắn kết tinh:
Chất rắn kết tinh có thể coi như là tập hợp của các hạt dao động chung
quanh vị trí cân bằng. Với nhiệt độ cao, mỗi hạt gần như dao động độc lập với các
hạt bên cạnh. Khi truyền nhiệt cho vật rắn thì sẽ làm tăng động năng và thế năng
của hạt. Với dao động nhỏ
thì dao động được coi thì dao động được coi như là
dao động điều hòa và hai thành phần của năng lượng dao động có giá trị bằng
nhau.
Mỗi dao động theo một phương nào đó có thể phân tích thành ba thành phần
theo các trục tọa độ vuông góc với nhau và năng lượng của mỗi thành phần cũng
được biểu diễn bằng tổng động năng và thế năng trên mỗi trục.
Theo định luật phân bố đều năng l
ượng, động năng trung bình ứng với một
bậc tự do của hạt trên mỗi trục bằng ½ KT. Mà thế năng trung bình của hạt bằng
động năng trung bình của nó nên năng lượng dao động ứng với một trục là:

KTKT =
2
1
.2

Năng lượng dao động toàn phần của hạt:

KT3=
ε

Nội năng của một kmol chất rắn kết tinh đơn chất:

pAo
ENU +=
ε

Trong đó: U
o
là nội năng đối với 1 kmol chất rắn
E
p
là năng lượng bên trong các phân tử của 1 kmol chất rắn.
Vì hệ số nở nhiệt của chất rắn rất nhỏ nên thực tế khi đun nóng thì thể tích
của vật coi như không đổi (quá trình đẳng tích) nên nhiệt truyền cho vật chỉ làm
tăng nội năng của nó (theo nguyên lý thứ nhất nhiệt động lực học dQ = dU
o
+ dA =
dU
o
vì dA = pdV = 0). Nhưng với cách truyền nhiệt bình thường thì không thể làm
thay đổi năng lượng E
p
, do đó, độ biến thiên nội năng trong trường hợp này đúng
bằng độ biến thiên năng lượng dao động của các hạt:

)3(
KTdNdNdUdQ
AAo
===
ε


dTRKdTNdQ
A
33 ==

Nhiệt dung riêng phân tử:

Kkmol
kcal
R
dT
dU
dT
dQ
CC
V
o
V
V
.
63 ==
⎟
⎠
⎞

⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
==


Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
16

Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………



Vậy : ở nhiệt độ đủ cao nhiệt dung riêng phân tử của chất rắn kết tinh đơn
chất không phụ thuộc vào nhiệt độ và bằng
Kkmol
kcal
.
6
.
Đối với chất rắn kết tinh là hợp chất (mỗi phân tử có α nguyên tử) thì:

dTRNddU
Ao
αεα
3)( ==

Nhiệt dung riêng phân tử của chất rắn hợp chất:

R
dT
dU
dT
dQ
CC
V
o
V
V
3
α
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎠
⎞

⎜
⎝
⎛
==

Vậy: ở nhiệt độ đủ cao nhiệt dung riêng phân tử của chất rắn kết tinh là hợp
chất không phụ thuộc vào nhiệt độ và bằng tổngng nhiệt dung riêng phân tử của
các nguyên tố thành phần tạo nên hợp chất.
IV. Biến dạng của vật rắn:
Khi có ngoại lực tác dụng lên vật rắn thì vật rắn biến dạng, nghĩa là hình
dạng và thể tích của nó thay đổi.
Có hai loạ
i biến dạng: biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo (biến dạng dư).
Chỉ xét biến dạng đàn hồi.
4.1 Định luật Hooke:
Trong giới hạn đàn hồi, lực đàn hồi tỷ lệ với độ giãn hoặc độ nén (Độ biến
dạng) của vật biến dạng.
Biểu thức: F = k
∆
l
Trong đó:
k: Hệ số đàn hồi (N/m)
F: Lực đàn hồi (N)

∆
l: Độ biến dạng (m)
4.2 Suất đàn hồi:
Biểu thức:

S

lk
E
o
=

Trong đó:
S: Diện tích tiết diện của vật đàn hồi (m
2
)
l
o
: Chiều dài tự nhiên của vật đàn hồi (m)
E: Hệ số đặt trưng cho tính đàn hồi của vật gọi là suất đàn hồi (Pa).

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
17

Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………



4.3 Giới hạn bền của vật liệu:
Biểu thức:

S
F
b
b
=

σ

Trong đó:
F
b
: Lực tác dụng lớn nhất mà vẫn chưa làm hỏng vật (N)

σ
b
: Giới hạn bền (N/m
2
)
S: Diện tích tiết diện ngang (m
2
)

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
18

Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………




Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
19

Chương III
CHẤT LỎNG
I. Sơ lược về chất lỏng:
Một khối chất lỏng có thể tích xác định và có hình dạng của bình chứa. Mật
độ phân tử chất lỏng lớn gấp nhiều lần mật độ phân tử chất khí và gần bằng mật
độ phân tử chất rắn. Khoảng cách giữa các phân tử chất lỏng vào khoảng kích
thước phân tử.

Ở trạng thái bình th
ường, xét về cấu trúc thì chất lỏng gần giống chất rắn
hơn là chất khí. Mỗi phân tử chất lỏng cũng dao động nhiệt quanh vị trí cân bằng
nhưng sau một thời gian cư trú nhất định thì chuyển sang vị trí mới lân cận. Nhiệt
độ chất lỏng càng thấp thì thời gian cư trú càng lớn.
II. Hiện tượng căng mặt ngoài của chất lỏng:
2.1 Lực căng mặt ngoài:
L
ực căng mặt ngoài đặt lên đường giới hạn của mặt ngoài và vuông góc với
nó, có phương tiếp tuyến với mặt ngoài của chất lỏng và có chiều sao cho lực có
tác dụng thu nhỏ diện tích măt ngoài của khối chất lỏng.
Độ lớn của lực căng mặt ngoài F tỷ lệ với độ dài l của đường giới hạn mặt
ngoài của khối chất lỏng:
F =
σ
l (N/m)
Trong đó,
σ
là hệ số căng mặt ngoài (suất căng mặt ngoài) của chất lỏng,phụ
thuộc vào bản chất và nhiệt độ của chất lỏng đó.
2.2 Năng lượng tự do và lực căng mặt ngoài:
Do chuyển động nhiệt, các phân tử ở lớp mặt ngoài có thể di chuyển vào
bên trong lòng khối chất lỏng, ngược lại, các phân tử bên trong chất lỏng cũng di
chuyển ra phía mặt ngoài.
Khi các phân tử di chuy
ển từ trong ra ngoài đòi hỏi phải tiêu thụ một công để
thắng lực cản nên động năng phân tử giảm và thế năng phân tử tăng. Khi các
phân tử di chuyển từ lớp mặt ngoài vào trong lòng chất lỏng sẽ thực hiện một
công do sự giảm thế năng để chuyển thành động năng phân tử. Do đó, mỗi phân
tử ở lớp mặt ngoài khác với các phân tử ở trong lòng khố

i chất lỏng là nó có một
thế năng phụ. Tổng thế năng phụ ở lớp mặt ngoài được gọi là năng lượng tự do.
Năng lượng tự do chính là một phần nội năng của khối chất lỏng.
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………




Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
20

Nguyên lý cực tiểu của năng lượng tự do: Lớp mặt ngoài của chất lỏng
luôn luôn co về diện tích nhỏ nhất (có thể có) để ứng với năng lượng tự do nhỏ
nhất (có thể có).
2.3 Công cần thiết để làm tăng diện tích mặt ngoài
∆
S trong quá trình đẳng
nhiệt:
A =
σ∆
S (J)
III. Hiện tượng dính ướt và không dính ướt:
Khi chất lỏng tiếp xúc với chất rắn có thể xảy ra hiện tượng dính ướt hoặc
không dính ướt.
Hiện tượng dính ướt xảy ra khi lực hút giữa các phân tử chất rắn với các
phân tử chất lỏng lớn hơn lực hút giữa các phân tử chất lỏng với nhau làm cho
mặt chất lỏng ở gần thành bình có dạng hình lõm.
Hiện tượng không dính ướ
t xảy ra khi lực hút giữa các phân tử chất lỏng lớn

hơn lực hút giữa các phân tử chất rắn với các phân tử chất lỏng làm cho mặt chất
lỏng ở gần thành bình bị đẩy xuống trở thành mặt lồi.
Góc
θ
giữa tiếp tuyến với mặt ngoài của chất lỏng và mặt ngoài của chất rắn
gọi là góc bờ:
- Đối với hiện tượng dính ướt: ; nếu
θ
= 0 ta nói chất lỏng làm ướt
hoàn toàn vật rắn.
2
0
π
θ
<≤
- Đối với hiện tượng không dính ướt: ; nếu
θ
=
π
ta nói chất lỏng
hoàn toàn không làm ướt vật rắn.
πθ
π
≤<
2
IV. Áp suất phụ gây bởi mặt khum của chất lỏng:
Tất cả các mặt khum của chất lỏng đều tác dụng vào chất lỏng một áp suất
phụ so với trường hợp mặt ngoài là mặt phẳng. Mặt khum lồi gây áp suất phụ
dương (nén xuống chất lỏng ở dưới), mặt khum lõm gây áp suất phụ âm (kéo chất
lỏng ở d

ưới lên).
Biểu thức tính áp suất phụ:
- Mặt ngoài là một phần mặt cầu:

R
p
σ
2
=∆

Trong đó:

σ
: Hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng.
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………




Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
21

R: Bán kính mặt cầu
- Mặt ngoài là mặt trụ:

R
p
σ
=∆

Trong đó: R là bán kính của đáy mặt trụ
- Mặt ngoài có dạng bất kỳ:

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+=∆
21
11
RR
p
σ

Trong đó: R
1
, R
2
là các bán kính cong (bán kính chính khúc) của hai
giao tuyến do mặt ngoài của khối chất lỏng bị cắt bởi hai mặt phẳng vuông góc với
nhau chứa pháp tyuến với mặt ngoài tại điểm đang khảo sát.
V. Hiện tượng mao dẫn:
Công thức tính độ dâng cao (hoặc hạ thấp) của cột chất lỏng trong ống mao
dẫn:
5.1. Đối với chất lỏng làm ướt vật rắn:

dg
h
ρ
θσ
cos4
=

Trong đó:

ρ
: Khối lượng riêng của chất lỏng
d: Đường kính ống mao dẫn
5.2. Đối với chất lỏng làm ướt hoàn toàn vật rắn:
dg
h
ρ
σ
4
=


5.3. Đối với chất lỏng không làm ướt vật rắn:
dg
h
ρ
θσ
cos4
−=

5.4. Đối với chất lỏng hoàn toàn không làm ướt vật rắn:

dg
h
ρ
σ
4
−=




Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………




Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
22

Chương IV
HƠI KHÔ VÀ HƠI BÃO HÒA
I. Hơi khô và hơi bão hoà:
- Hơi bão hòa là hơi ở trạng thái cân bằng đối với chất lỏng của nó.
- Hơi khô là hơi có áp suất nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa ứng với một nhiệt
độ xác định.
II. Độ ẩm của không khí:
2.1. Độ ẩm tuyệt đối (a):

Độ ẩm tuyệt đối là lượng hơi nước chứa trong một đơn vị th
ể tích không khí.
Đơn vị: g/m
3
; hoặc có thể đo bằng áp suất riêng phần của hơi nước trong
không khí (N/m
3
hay mmHg).
2.2. Độ ẩm cực đại (A):
Độ ẩm cực đại ở nhiệt độ đã cho chính là đại lượng đo bằng khối lượng
(gam) của hơi nước bão hòa trong 1m
3
không khí ở nhiệt độ ấy.
2.3. Độ ẩm tương đối (f):
Độ ẩm tương đối là tỉ số phần trăm giữa độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm cực đại ở
cùng nhiệt độ:
%100.%100.
bh
P
P
A
a
f
==


Trong đó:
P: Áp suất riêng phần của hơi nước chứa trong không khí.
P
bh

: Áp suất của hơi nước bão hòa trong không khí.
III. Điểm sương:
- Nhiệt độ tại đó hơi nước trong không khí trở thành hơi bão hòa gọi là điểm
sương.
- Nhiệt độ thấp hơn điểm sương: hơi nước ngưng tụ thành giọt sương.






Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………




Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
23

PHẦN II
PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ
Chương I
PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ
Có nhiều cách phân loại bài tập vật lý, ở đây ta phân loại bài tập vật lý theo
phương tiện giải và mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh.
I. Dựa vào phương tiện giải có thể chia bài tập vật lý thành các dạng:
1.1. Bài tập định tính:
Bài tập định tính là những bài tập mà khi giải chỉ c
ần làm những phép tính

đơn giản, có thể tính nhẩm, yêu cầu giải thích hoặc dự đoán một hiện tượng xảy
ra trong những điều kiện xác định.
Bài tập định tính giúp hiểu rõ bản chất của các hiện tượng vật lý và những
quy luật của chúng, áp dụng được tri thức lý thuyết vào thực tiễn.
1.2. Bài tập định lượng:
Bài tập định lượng là những bài tập mà khi giải phải th
ực hiện một loạt các
phép tính và kết quả thu được một đáp số định lượng, tìm được giá trị của một số
đại lượng vật lý.
1.3. Bài tập thí nghiệm (không nghiên cứu):
Bài tâp thí nghiệm là những bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm
chứng lời giải lý thuyết hay tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập.
1.4. Bài tập đồ thị:
Bài tậ
p đồ thị là những bài tập mà trong đó các số liệu được sử dụng
làm dữ kiện để giải phải tìm trong các đồ thị cho trước hoặc ngược lại, yêu cầu
phải biểu diễn quá trình diễn biến của hiện tượng nêu trong bài tập bằng đồ thị.
II. Dựa vào mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh có thể chia bài tập
vật lý thành các dạng:
2.1. Bài tậ
p cơ bản, áp dụng:
Là những bài tập cơ bản, đơn giản đề cập đến một hiện tượng, một định luật
vật lý hay sử dụng vài phép tính đơn giản giúp học sinh cũng cố kiến thức vừa
học, hiểu ý nghĩa các định luật và nắm vững các công thức, các đơn vị vật lý để
giải các bài tập phức tạp hơn.
2.2. Bài tập tổng h
ợp và nâng cao:
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………


Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
24

Là những bài tập khi giải cần phải vận dụng nhiều kiến thức, định luật, sử
dụng kết hợp nhiều công thức. Loại bài tập này có tác dụng giúp cho học sinh đào
sâu, mở rộng kiến thức, thấy được mối liên hệ giữa các phần của chương trình
vật lý và biết phân tích những hiện tượng phức tạp trong thực tế thành những
phần đơn giả
n theo một định luật vật lý xác định. Loại bài tập này cũng nhằm mục
đích giúp học sinh hiểu rỏ nội dung vật lý của các định luật, quy tắc biểu hiện dưới
dạng công thức.

Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………




Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………
Trang
25

Chương II
PHƯƠNG PHÁP CHUNG CHO VIỆC GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ
Dàn bài chung cho việc giải bài tập vật lý gồm các bước chính sau:
I. Tìm hiểu đề bài:
Đọc kỉ đề bài, xác định ý nghĩa vật lý của các thuật ngữ, phân biệt những dữ
kiện đã cho và những ẩn số cần tìm.
Tóm tắt đề bài hay vẽ hình diễn đạt các điều kiện của đề bài.
II. Phân tích hiện tượng:
Tìm xem các dữ
kiện đã cho có liên quan đến những khái niệm,hiện tượng,
quy tắc, định luật vật lý nào.
Hình dung các hiện tượng diễn ra như thế nào và bị chi phối bởi những định

luật nào nhằm hiểu rỏ dược bản chất của hiện tượng để có cơ sở áp dụng các
công thức chính xác, tránh mò mẫm và áp dụng máy móc các công thức.
III. Xây dựng lập luận:
Xây dựng lập luận là tìm mối quan hệ gi
ữa ẩn số và dữ kiện đã cho. Đây là
bước quan trọng của quá trình giải bài tập.
Cần phải vận dụng những định luật, quy tắc, công thức vật lý để thiết lập mối
quan hệ nêu trên. Có thể đi theo hai hướng để đưa đến kết quả cuối cùng:
- Xuất phát từ ẩn số, đi tìm mối quan hệ giữa một ẩn số với mộ
t đại
lượng nào đó bằng một định luật, một công thức có chứa ẩn số, tiếp tục phát triển
lập luận hay biến đổi công thức đó theo các dữ kiện đã cho để dẫn đến công thức
cuối cùng chỉ chứa mối quan hệ giữa ẩn số với các dữ kiện đã cho.
- Xuất phát từ những dữ kiện của đề bài, xây dựng lậ
p luận hoặc biến
đổi các công thức diễn đạt mối quan hệ giữa điều kiện đã cho với các đại lượng
khác để đi đến công thức cuối cùng chỉ chứa ẩn số và các dữ kiện đã cho.
IV. Biện luận:
Phân tích kết quả cuối cùng để loại bỏ những kết quả không phù hợp với
điều kiện của đề bài và không phù hợp v
ới thực tế.
Kiểm tra xem đã giải quyết hết các yêu cầu của bài toán chưa; kiểm tra kết
quả tính toán, đơn vị hoặc có thể giải lại bài toán bằng cách khác xem có cùng kết
quả không.