Với giải Hoạt động trang 13 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 13 Vật lí 12: Định luật I của nhiệt động lực học có nhiều ứng dụng thực tế, một trong những ứng dụng quan trọng là để chế tạo các loại động cơ nhiệt. Ngoài ra, định luật này còn dùng để giải thích các hiện tượng liên quan đến sự truyên và biến đổi nội năng.

Động cơ nhiệt là động cơ hoạt động dựa trên nguyên tắc biến nội năng của nhiên liệu thành cơ năng.

Mỗi động cơ nhiệt đều có ba bộ phận chính (Hình 2.6a):

- Nguồn nóng có nhiệt độ T1 cung cấp nhiệt lượng cho động cơ.

- Bộ phận phát động trong đó tác nhân nhận nhiệt từ nguồn nóng, giãn nở sinh công

(Trong máy hơi nước, tác nhân là hơi nước; trong động cơ đốt trong, tác nhân là khí do nhiên liệu bị đốt cháy toả ra trong xi lanh).

- Nguồn lạnh có nhiệt độ T2 < T1 nhận nhiệt lượng do động cơ toa ra.

Hãy dựa vào các sơ đồ trong Hình 2.6b, c để trình bày sơ lược về cấu tạo và hoạt động của máy hơi nước và động cơ đốt trong.

Lời giải:

- Máy hơi nước:

Cấu tạo:

+ Máy hơi nước bao gồm một nồi hơi (hay boiler), một buồng đốt, một bộ truyền động và một bánh xe.

+ Nước được đun sôi trong nồi hơi để tạo ra hơi nước áp suất cao.

+ Hơi nước được dẫn từ nồi hơi qua ống dẫn đến buồng đốt.

Hoạt động:

+ Nước được đun sôi trong nồi hơi bằng cách sử dụng nguồn nhiệt từ đốt than, dầu hoặc khí.

+ Hơi nước áp suất cao từ nồi hơi được dẫn vào buồng đốt, nơi nó gặp với không khí và cháy.

+ Năng lượng từ quá trình đốt cháy được chuyển đổi thành động năng bằng cách đẩy êm bánh xe quay.

+ Động cơ hoạt động bằng cách sử dụng nguồn năng lượng từ bánh xe để làm việc.

- Động cơ đốt trong:

Cấu tạo:

+ Động cơ đốt trong bao gồm các phần chính như xi-lanh, piston, van, buồng đốt, và hệ thống làm mát.

Hoạt động:

+ Khí nhiên liệu (thường là xăng hoặc dầu diesel) được phun vào buồng đốt.

+ Khí nhiên liệu pha trộn với không khí và được châm lửa bằng tia lửa hoặc áp lực cao.

+ Quá trình đốt cháy tạo ra áp suất trong xi-lanh, đẩy piston di chuyển.

+ Piston di chuyển tạo ra chuyển động quay của trục khuỷu, làm cho động cơ hoạt động và làm việc.

Tóm lại, cả hai máy hơi nước và động cơ đốt trong đều hoạt động bằng cách chuyển đổi năng lượng từ nhiên liệu sang năng lượng động để làm việc. Tuy nhiên, chúng có cấu tạo và nguyên lý hoạt động khác nhau.

Lý thuyết Định luật I của nhiệt động lực học

1. Cách làm thay đổi nội năng

Có hai cách làm thay đổi nội năng là thực hiện công và truyền năng lượng nhiệt (truyền nhiệt)

a. Thực hiện công

Khi dùng tay thực hiện công cọ xát một miếng kim loại lên sàn nhà thì miếng kim loại nóng lên, nội năng của nó thay đổi.

b. Truyền nhiệt

Làm miếng kim loại nóng lên bằng cách cho nó tiếp xúc với một nguồn nhiệt. Khi đó nội năng của nó cũng thay đổi.

2. Định luật I của nhiệt động lực học

- Nếu vật vừa nhận được công vừa truyền nhiệt thì: Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được

$\mathrm{\Delta }U=Q+A$

Trong đó:

Q và A tương ứng là nhiệt lượng và công mà vật nhận được, là các giá trị đại số.

Quy ước về dấu của A và Q:

Nếu Q > 0, vật nhận nhiệt lượng.

Nếu Q < 0, vật tỏa nhiệt lượng.

Nếu A > 0, vật nhận công.

Nếu A < 0, vật sinh công.

Nhiệt lượng là số đo nhiệt năng được truyền từ vật này sang vậy khác trong quá trình truyền nhiệt. Khi không có quá trình truyền nhiệt thì không có nhiệt lượng.

Nội năng là một dạng năng lượng. Mọi vật luôn có nội năng.