Với giải Hoạt động trang 11 Vật lí 12 Kết nối tri thức chi tiết trong Bài 2: Nội năng. Định luật I của nhiệt động lực học giúp học sinh dễ dàng xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm bài tập Vật lí 12. Mời các bạn đón xem:

Giải bài tập Vật lí 12 Bài 2: Nội năng. Định luật I của nhiệt động lực học

Hoạt động trang 11 Vật lí 12: Thí nghiệm sau đây cho thấy mối liên hệ giữa nội năng của vật với năng lượng của các phân tử cấu tạo nên vật.

Chuẩn bị:

- Ống nghiệm (1).

- Nút bấc có kích thước vừa khít miệng ống nghiệm (2).

- Đèn cồn (3).

- Giá đỡ thí nghiệm (4).

Tiến hành:

- Bố trí thí nghiệm như Hình 2.2. 

- Dùng đèn cồn đun nóng ống nghiệm cho đến khi nút bắc bật ra.

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. Khi đun ống nghiệm tới một lúc nào đó thì thấy nút bấc bật ra. Giải thích vì sao nút bấc bật ra.

2. Khi nút chưa bị bật ra:

a) Nội năng của không khí trong ống nghiệm tăng hay giảm? Vì sao?

b) Nội năng của không khí trong ống nghiệm tăng có phải do thế năng phân tử khí tăng không? Tại sao?

c) Tại sao hiện tượng nút ống nghiệm bị bật ra lại chứng tỏ động năng của các phân tử khí trong ống nghiệm tăng?

Lời giải:

1. Khi đun ống nghiệm, chất lỏng bên trong ống nghiệm sẽ nóng lên và chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí. Quá trình chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí gây ra sự mở rộng đột ngột của chất lỏng. Khi chất lỏng mở rộng, áp suất bên trong ống nghiệm tăng lên.

Trong khi đó, nút bấc của ống nghiệm có thể là một loại nút đậy không thể di chuyển hoặc không thể thoát ra ngoài dễ dàng. Khi áp suất bên trong ống nghiệm tăng lên do quá trình chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí, áp suất này có thể trở nên đủ lớn để đẩy nút bấc ra ngoài.

Do đó, nút bấc bật ra là kết quả của áp suất bên trong ống nghiệm tăng lên do sự mở rộng của chất lỏng trong quá trình đun nóng, và nút bấc không thể chịu được áp lực nên bị đẩy ra ngoài.

2.

a) Khi nút chưa bị bật ra, nội năng của không khí trong ống nghiệm tăng. Khi ống nghiệm được đun nóng, nhiệt độ của không khí bên trong cũng tăng lên. Nhiệt độ cao hơn góp phần làm tăng động năng trung bình của các phân tử khí, làm tăng nội năng của không khí.

b) Nội năng của không khí trong ống nghiệm tăng không chỉ do thế năng phân tử khí tăng mà còn do động năng của các phân tử khí tăng. Khi nhiệt độ tăng lên, các phân tử khí trong ống nghiệm di chuyển nhanh hơn và va chạm với nhau một cách mạnh mẽ hơn. Điều này dẫn đến việc tăng động năng trung bình của các phân tử, góp phần làm tăng nội năng của không khí.

c) Hiện tượng nút ống nghiệm bị bật ra chứng tỏ động năng của các phân tử khí trong ống nghiệm tăng. Khi nhiệt độ tăng, các phân tử khí có động năng lớn hơn và va chạm với nút bấc với độ mạnh hơn, tạo ra áp suất nội bên trong ống nghiệm. Khi áp suất nội tăng đủ lớn, nút bấc không thể chịu được áp lực và bị đẩy ra ngoài để giảm áp suất nội. Điều này chỉ xảy ra khi động năng của các phân tử khí trong ống nghiệm tăng lên do nhiệt độ tăng.

Lý thuyết Khái niệm nội năng

- Tổng động năng và thế năng tương tác của các phân tử cấu tạo nên vật là nội năng của vật. Nội năng được kí hiệu bằng chữ U và có đơn vị là jun (J).

- Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật.

- Vì các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động không ngừng nên tốc độ và khoảng cách giữa các phân tử luôn thay đổi làm cho động năng và thế năng của phân tử cũng không ngừng thay đổi. Do đó, khi nói động năng và thế năng của phân tử thì phát biểu đó là động năng và thế năng trung bình của các phần tử cấu tạo nên vật

- Vì số phân tử trong vật vô cùng lớn và các phân tử chuyển động hỗn loạn nên không thể xác định được chính xác độ lớn nội năng của một vật. Trong vật lí người ta chủ yếu quan tâm đến độ biến thiên nội năng (∆U) của vật