Khái niệm Nội năng là gì? Công thức Định luật 1 nhiệt động lực học là gì? Vật lí 12 bài 3 CTST

Vậy Khái niệm Nội năng là gì? có các cách làm thay đổi nội năng nào? Phát biểu định luật 1 nhiệt động lực học là gì? Công thức định luật 1 nhiệt động lực học ra sao? được hayhochoi trình bày ngắn gọn, dễ hiểu trong bài viết này.

1. Nội năng

Khái niệm về nội năng

Nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng tương tác của các phân tử cấu tạo nên vật. Nội năng của vật phụ thuộc vào nhiệt độ T và thể tích V của vật.

Thí nghiệm về mối liên hệ giữa nội năng và năng lượng của các phân tử tạo nên vật

Sau một thời gian ngắn bị đốt nóng, chiếc nút đậy bị đẩy bật ra khỏi ống nghiệm.

Khi bị đốt nóng, không khí trong ống nghiệm bị nóng lên, nhiệt độ khối khí tăng lên, nội năng khí tăng. Theo mô hình động học phân tử, khi nhiệt độ khối khí tăng, các phân tử khí chuyển động nhiệt nhanh hơn nên va chạm với thành ống nghiệm nhiều hơn và mạnh hơn làm áp suất khí trong ống tăng lên. Đến một nhiệt độ nào đó, áp suất này tạo ra lực đẩy đủ lớn làm bật nút đậy ra khỏi ống nghiệm.

Khi năng lượng của các phân tử cấu tạo nên vật tăng thì nội năng của vật tăng và ngược lại.

2. Các cách làm thay đổi nội năng

Thực hiện công

Quá trình thực hiện công làm cho nội năng của vật thay đổi, vật nhận công thì nội năng tăng, vật thực hiện công cho vật khác thì nội năng giảm.

Truyền nhiệt

Khi hai vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau thì xảy ra quá trình truyền nhiệt. Quá trình này làm thay đổi nội năng của các vật.

Nhiệt lượng, nhiệt dung riêng

Công thức xác định nhiệt lượng mà một vật có khối lượng m trao đổi khi thay đổi nhiệt độ từ T, (K) đến T, (K) là:

Q = mc(T₂ - T₁)

Trong đó: c là hằng số phụ thuộc vào chất tạo nên vật, gọi là nhiệt dung riêng của chất đó, đơn vị là J/kg.K. Nhiệt dung riêng của một chất có giá trị bằng nhiệt lượng để làm tăng nhiệt độ của 1 kg của chất đó lên 1 K.

Q > 0: vật nhận nhiệt lượng, nhiệt độ của vật tăng lên.

Q < 0: vật truyền nhiệt lượng cho vật khác, nhiệt độ của vật giảm xuống.

Trong hệ SI, đơn vị đo nhiệt lượng là jun (J), ngoài ra nhiệt lượng còn được tính theo đơn vị calo (cal).

1 cal = 4,186 J

Nhiệt dung riêng của một chất có giá trị bằng nhiệt lượng để làm tăng nhiệt độ của 1 kg của chất đó lên 1 K. Biểu thức:

3. Định luật 1 của nhiệt động lực học

Theo định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng thì độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được:

ΔU = A + Q

Đây là nội dung của định luật 1 của nhiệt động lực học.

Trong đó: ΔU là độ biến thiên nội năng của vật.

A, Q là các giá trị đại số.

Ý nghĩa về dấu các đại lượng trong biểu thức như sau:

Q > 0: vật nhận nhiệt lượng; Q < 0: vật truyền nhiệt lượng.

A > 0: vật nhận công; A < 0: vật thực hiện công.