Chương 07 CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

Chia sẻ: Abcdef_51 Abcdef_51 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

160
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiểu được khái niệm nội năng, nghĩa là biết được : + Hệ đứng yên vẫn có khả năng sinh công do có nội năng. + Nội năng bao gồm các dạng năng lượng nào bên trong hệ ? + Nội năng phụ thuộc vào các thông số trạng thái nào của hệ ? - Biết được hai cáh làm biến đổi nội năng và biết được sự tương đương giữa nhiệt và công - Hiểu được nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học, biết phát biểu nguyên lí, biết sử dụng biểu thức của nguyên lí....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 07 CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

Chương 07 CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC    Bài 53 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC I. MỤC TIÊU - Hiểu được khái niệm nội năng, nghĩa là biết được : + Hệ đứng yên vẫn có khả năng sinh công do có nội năng. + Nội năng bao gồm các dạng năng lượng nào bên trong hệ ? + Nội năng phụ thuộc vào các thông số trạng thái nào của hệ ? - Biết được hai cáh làm biến đổi nội năng và biết được sự tương đương giữa nhiệt và công - Hiểu được nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học, biết phát biểu nguyên lí, biết sử dụng biểu thức của nguyên lí. II. CHUẨN BỊ - Dụng cụ và các đồ dùng dạy học - - III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC  Ổn định lớp học 1) Kiểm tra bài củ : Câu 1/ Phân biệt sự bay hơi và sự sôi. Câu 2/ Trạng thái cân bằng động giữa hơi bão hoà và khối lỏng là trạng thái như thế nào ? Câu 3/ Tại sao áp suất hơi bão hoà không phụ thuộc vào thể tích, nó phụ thuộc vào nhiệt độ như thế nào ? Câu 4/ Ý nghĩa của nhiệt độ tới hạn. 2) Nội dung bài giảng :  Phần làm việc của giáo viên Phần ghi chép của học sinh I. NỘI NĂNG I. NỘI NĂNG GV : Khi quan sát nắp ấm bật bật vì hơi nước sôi 1) Quan sát đẩy nắp ấm lên, như vậy hơi nước có thực hiện - Nắp ấm bật bật vì hơi nước sôi đẩy nắp ấm lên. công không các em ?
HS : Hơi nước thực hiện công - Chiếc bình xịt nước hoa hoạt động GV : Quan sát chiếc bình xịt nước hoa hoạt động nhờ hơi nén trong bình phun ra. nhờ hơi nén trong bình phun ra 2) Kết luận GV : Như vậy hơi có thực hiện công hay không ? Nội năng là một dạng năng lượng HS : Hơi nước đã thực hiện công bên trong hệ, nó chỉ phụ thuộc vào GV : Dạng năng lượng của hơi nước được gọi là trạng thái của hệ. Nội năng bao gồm nội năng. tổng động năng chuyển động nhiệt Nội năng là một dạng năng lượng bên của các phân tử cấu tạo nên hệ và thế GV : trong hệ, nó chỉ phụ thuộc vào trạng thái của hệ. năng tương tác giữa các phân tử đó. Nội năng bao gồm tổng động năng chuyển động 3) Tính chất nội năng nhiệt của các phân tử cấu tạo nên hệ và thế năng Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và tương tác giữa các phân tử đó. thể tích GV : Khi nhiệt độ càng cao thì vận tốc các phân U = f(T,V) tử chuyển động như thế nào ? HS : Vận tốc các phân tử chuyển động càng nhanh nên động năng phân tử tăng GV : Khi thể tích của khối khí tăng thì khoảng cách của các phân tử nhử thế nào ? HS : Khoảng cách các phân tử tăng lên nên thể năng phân tử tăng GV : Tóm lại nội năng phân tử phụ thuộc vào các yếu tố nào ? HS : Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích II. HAI CÁCH LÀM BIẾN ĐỔI NỘI NĂNG GV : Theo các em có mấy cách làm biến đổi nội II. HAI CÁCH LÀM BIẾN ĐỔI năng NỘI NĂNG HS : Có hai cách làm biến đổi nội năng 1) Sự thực hiện công HS : Nội năng bị biến đổi do thức hiện công. Nội năng bị biến đổi do thức hiện Thí dụ : Làm nóng miếng kim loại bằng ma sát. công. HS : Nội năng bị biến đổi do sự truyền nhiệt Thí dụ : Làm nóng miếng kim loại Thí dụ : Miếng kim loại nóng lên khi thả vào bằng ma sát. nước nóng. 2) Sự truyền nhiệt GV : Sự thực hiện công và truyền nhiệt là hai Nội năng bị biến đổi do sự truyền cách làm biến đổi nội năng tức là đã thừa nhậnnhiệt sự tương đương giữa công và nhiệt lượng. Thí dụ : Miếng kim loại nóng lên khi thả vào nước nóng. 3) Sự tương đuơng giữa công và nhiệt lượng. Sự thực hiện công và truyền nhiệt là hai cách làm biến đổi nội năng tức III. NGUYÊN LÍ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT là đã thừa nhận sự tương đương giữa công và nhiệt lượng. ĐỘNG LỰC HỌC. Nhiệt lượng truyền cho hệ làm tăng nội năng III. NGUYÊN LÍ THỨ NHẤT của hệ và biến thành công mà hệ sinh ra. CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC. Nhiệt lượng truyền cho hệ làm tăng Q = U + A nội năng của hệ và biến thành công
mà hệ sinh ra. Q = U + A Trong đó : Q > 0 : Hệ nhận nhiệt lượng Q < 0 : Hệ giải phóng nhiệt lượng. U > 0 : Nội năng của hệ tăng U < 0 : Nội năng của hệ giảm A > 0 : Hệ sinh công. A < 0 : Hệ nhận công. 3) Cũng cố : 1/ Nội năng là gì ? Nó phụ thuộc những thông số nào ? Nêu hai cách làm biến đổi nội năng ? 2/ Tại sao có thể nói rằng nguyên lí 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 ? 4) Dặn dò học sinh : - Trả lời câu hỏi 1 ; 2; 3 - Làm bài tập : 1; 2; 3   
Bài 54 – 55 ÁP DỤNG NGUYÊN LÍ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CHO KHÍ LÍ TƯỞNG I. MỤC TIÊU - Về mặt kiến thức học sinh cần biết ba điểm chính như sau : + Nội năng của khí lí tưởng chỉ bao gồm tổng động năng chuyển động nhiệt của các phân tử có trong khí đó và như vậy nội năng của khí lí t ưởng chỉ còn phụ thuộc nhiệt độ. + Biểu thức tính công của khí lí t ưởng. + Công của một quá trình qua diện tích trên đồ thị (p-V) ứng với quá trình đó. - Bài học này là bài thực hành t ính toán về U, công A, nhiệt lượng Q. II. CHUẨN BỊ - Dụng cụ và các đồ dùng dạy học - III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC  Ổn định lớp học 1) Kiểm tra bài củ : + Câu 01 : Nội năng là gì ? Nó phụ thuộc những thông số nào ? Nêu hai cách làm biến đổi nội năng ? + Câu 02 : Tại sao có thể nói rằng nguyên lí 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 ? 2) Nội dung bài giảng :  Phần làm việc của giáo viên Phần ghi chép của học sinh I. NỘI NĂNG VÀ CÔNG CỦA KHÍ LÍ I. NỘI NĂNG VÀ CÔNG CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG TƯỞNG 1) Nội năng của khí lí tưởng 1) Nội năng của khí lí tưởng GV : Như các em đã biết đối với khí lí Nội năng của khí lí t ưởng chỉ bao gồm tưởng thì sự tương tác giữa các phân tử có tổng động năng của chuyển động hỗn loạn đáng kể hay không ? của phân tử có trong khí đó. HS : Đối với khí lí tưởng thì sự tương tác U = f(T) giữa các phân tử không đ1ng kể, chúng chỉ 2) Biểu thức tính công đáng kể khi va chạm với nhau Áp lực F của khí tác dụng lên pittông thực GV : Như vậy nội năng của khí lí t ưởng chỉ hiện một công nhỏ A : bao gồm tổng động năng của chuyển động A = Fh = pSh hỗn loạn của phân tử có trong khí đó. Do đó : A = pV 2) Biểu thức tính công  A = pS(h2 – h1) = p(V2 – V1) Áp lực F của khí tác dụng lên pittông thực Nếu V > 0 thì khí sinh công, nếu V < 0 hiện một công nhỏ A : thì khí nhận công A = Fh = pSh Do đó : A = pV 3) Thể hiện công trên tọa độ p – V  A = pS(h2 – h1) = p(V2 – V1) Trong hệ toạ độ p –V công trong quá
trình được thể hiện bằng diện tích giới hạn Nếu V > 0 thì khí sinh công, nếu V < 0 bởi đoạn đường cong biểu diễn quá tr ình, thì khí nhận công trục hoành và hai đường thẳng song song 3) Thể hiện công trên tọa độ p – V với trục tung ứng với thể tích đầu và cuối Trong hệ toạ độ p –V công trong quá của khí. trình được thể hiện bằng diện tích giới hạn bởi đoạn đường cong biểu diễn quá tr ình, trục hoành và hai đường thẳng song song với trục tung ứng với thể tích đầu và cuối của khí. II. ÁP DỤNG NGUYÊN LÍ THỨ NHẤT CHO CÁC QUÁ TRÌNH CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG II. ÁP DỤNG NGUYÊN LÍ THỨ NHẤT 1) Quá trình đẳng tích CHO CÁC QUÁ TRÌNH CỦA KHÍ LÍ GV : Trong quá trình đẳng tích, nhiệt lượng TƯỞNG mà khí nhận được để làm gì ? 1) Quá trình đẳng tích HS : Trong quá trình đẳng tích, nhiệt lượng Trong quá trình đẳng tích, nhiệt lượng mà mà khí nhận được chỉ dùng để làm tăng nội khí nhận được chỉ dùng để làm tăng nội năng của khí. năng của khí. HS : Q = U Q = U 2) Quá trình đẳng áp GV : Các em quan sát mô hình thí nghiệm nung nóng một píttông bên trong có chứa khí lí tưởng, các em cho biết khi nung nóng, pittông sẽ như thể nào ? HS : Khi nung nóng, pittông sẽ chạy ra GV : Khi ta nung nóng, nghĩa là ta cung cấp cho hệ một năng lượng dưới dạng nhiệt, theo các em, phần năng lượng này sẽ được dùng vào những việc gì ? HS : Phần năng lượng này làm biến đổi nội năng của khí lí tưởng, điển hình là làm các phân tử khí chuyển động nhanh hơn (động năng phân tử tăng ), và đồng thời tạo công tác dụng lên pittông. 2) Quá trình đẳng áp GV : Như vậy : Trong quá trình đẳng áp, Trong quá trình đẳng áp, một phần nhiệt một phần nhiệt lượng mà khí nhận vào lượng mà khí nhận vào được dùng để làm được dùng để làm tăng nội năng của khí, tăng nội năng của khí, phần còn lại biến phần còn lại biến thành công mà khí sinh thành công mà khí sinh ra. ra.
Q = U + A 3) Quá trình đẳng nhiệt GV : Xét trong quá trình đẳng nhiệt, toàn bộ nhiệt lượng mà khí nhận được dùng vào việc gì ? HS : Trong quá trình đẳng nhiệt, toàn bộ nhiệt lượng mà khí nhận được chuyển hết thành công mà khí sinh ra. Q = U + A Q=A 3) Quá trình đẳng nhiệt 4) Chu trình Trong quá trình đẳng nhiệt, toàn bộ nhiệt GV giảng giải cho học sinh chu trình này lượng mà khí nhận được chuyển hết thành GV : Nhiệt lượng mà hệ nhận được (trừ đi công mà khí sinh ra. nhiệt nhả ra) trong cả chu trình chuyển hết Q=A thành công trong chu trình đó. 4) Chu trình III. BÀI TẬP VẬN DỤNG Nhiệt lượng mà hệ nhận được (trừ đi Đề bài : sách Giáo Khoa trang 237 nhiệt nhả ra) trong cả chu trình chuyển hết Bài giải : thành công trong chu trình đó. Câu a) III. BÀI TẬP VẬN DỤNG GV : Các em cho biết quá trình AB, BC và Đề bài : CD Có 1,4 mol chất khí lí tưởng ở nhiệt độ HS : AB là quá trình đẳng áp . 300 K. Đun nóng khí đẳng áp đến nhiệt độ BC là quá trình đẳng tích. 350 K, nhiệt lượng cung cấp cho khí trong CA là quá trình đẳng nhiệt. quá trình này là 1000 J . Sau đó khí được Câu b) làm lạnh đẳng tích đến nhiệt độ bằng nhiệt GV : Công thực hiện trong quá tr ình đẳng độ ban đầu và cuối cùng khí được đưa trở áp ? ( Gợi ý cho HS áp dụng) về trạng thái đầu bằng quá trình nén đẳng A = pA V nhiệt. Trong đó : V = VB – VA a) Vẽ đồ thị của chu tr ình đã cho trong hệ Mặt khác theo phương trình Menđêlêep – tỏa độ p – V. b) Tính công thực hiện trong quá trình đẳng Clapêrôn cho A và B pAVA = nRTA (1) áp. c) Tính độ biến thiên nội năng ở mỗi quá pBVB = nRTB (2) Lấy (2) – (1), chú ý pA = pB ta được : trình của chu trình. d) Tính nhiệt lượng trong quá trình đẳng pA (VB – VA) = nR(TB – TA) tích.  A = nR(TB – TA) Bài giải : A = 581,7 J a) AB là quá trình đẳng áp . Câu c) Áp dụng nguyên lí thứ nhất cho quá BC là quá trình đẳng tích. trình đẳng áp : CA là quá trình đẳng nhiệt. U = Q –A = 1000 – 581,7 = 418,3 b) Công thực hiện trong quá trình đẳng áp J A = pA V Đối với quá trình đẳng tích BC, nội năng ở C bằng nội năng ở A, do nhiệt độ bằng Trong đó : V = VB – VA Mặt khác theo phương trình Menđêlêep – nhau : A = 0 Vậy : Độ biến thiên nội năng trong quá Clapêrôn cho A và B trình đẳng tích là U = - 418,3 J pAVA = nRTA (1)
GV : Trong quá trình đẳng nhiệt thì nội pBVB = nRTB (2) năng như thế nào ? Lấy (2) – (1), chú ý pA = pB ta được : HS : Trong quá trình đẳng nhiệt thì U = 0 pA (VB – VA) = nR(TB – TA) Câu d) Áp dụng nguyên lí thứ nhất cho quá  A = nR(TB – TA) trình đẳng tích BC ta viết : A = 581,7 J Q = U + A ( A = 0, U = - 418,3 J) c) Áp dụng nguyên lí thứ nhất cho quá Vậy trong quá trình đẳng tích là : trình đẳng áp : Q = - 418,3 J . U = Q –A = 1000 – 581,7 = 418,3 J Đối với quá trình đẳng tích BC, nội năng ở C bằng nội năng ở A, do nhiệt độ bằng nhau A=0 Vậy : độ biến thiên nội năng trong quá trình đẳng tích là U = - 418,3 J Trong quá trình đẳng nhiệt thì U = 0 d) Áp dụng nguyên lí thứ nhất cho quá trình đẳng tích BC ta viết : Q = U + A ( A = 0, U = - 418,3 J) Vậy trong quá trình đẳng tích là : Q = - 418,3 J . 3) Cũng cố : 1) Nội năng khí lí tưởng là gì ? Nó phụ thuộc vào những đại lượng nào ? 2) Viết biểu thức tính công của khí lí tưởng . Các đại lượng tham gia vào biểu thức là của khí hay là của vật ngoài ? 3) Viết biểu thức của nguyên lí thứ nhất cho các quá trình đẳng tích, đẳng áp, đẳng nhiệt và chu trình ? 4) Dặn dò học sinh : - Trả lời câu hỏi 1 ; 2; 3 - Làm bài tập : 1; 2; 3   
Bài 56 – 57 NGUYÊN LÍ THỨ HAI CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ NHIỆT VÀ MÁY LẠNH I. MỤC TIÊU - Học sinh chỉ cần có khái niệm về nguyên lí thứ hai của nhiệt động lực học , nó liên quan đến chiều diễn biến của các quá tr ình trong tự nhiên, nó bổ sung cho nguyên lí thứ nhất, nó chỉ ra rằng : “ Không thể thực hiện được động cơ vĩnh cữu loại hai” - Biết được nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt và máy lạnh và tìm biết được nguồn nóng , nguồn lạnh, tác nhân cùng bộ phận phát động, công sinh ra hay nhận vào ở một số máy hay gặp trong thực tế. II. CHUẨN BỊ - Dụng cụ và các đồ dùng dạy học - III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC  Ổn định lớp học 1) Kiểm tra bài củ : + Câu 01 : Nội năng khí lí tưởng là gì ? Nó phụ thuộc vào những đại lượng nào ? + Câu 02 : Viết biểu thức tính công của khí lí t ưởng . Các đại lượng tham gia vào biểu thức là của khí hay là của vật ngoài ? + Câu 03 : Viết biểu thức của nguyên lí thứ nhất cho các quá trình đẳng tích, đẳng áp, đẳng nhiệt và chu trình ? 2) Nội dung bài giảng :  Phần làm việc của giáo viên Phần ghi chép của học sinh I. ĐỘNG CƠ NHIỆT I. ĐỘNG CƠ NHIỆT a) Nguyên tắc hoạt động của động cơ a) Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt nhiệt * Động cơ nhiệt là thiết bị biến đổi nhiệt * Động cơ nhiệt là thiết bị biến đổi nhiệt lượng thành công. lượng thành công. Thí dụ : Thiết bị dùng để nâng vật nặng Thí dụ : Thiết bị dùng để nâng vật nặng nhờ biến đổi nhiệt lượng thành công. nhờ biến đổi nhiệt lượng thành công. * Động cơ nhiệt có ba bộ phận cấu thành : * Động cơ nhiệt có ba bộ phận cấu thành : + Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng. + Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng. + Nguồn lạnh thu nhiệt lượng do động cơ + Nguồn lạnh thu nhiệt lượng do động cơ tỏa ra. tỏa ra. + vật trung gian nhận nhiệt sinh công và + vật trung gian nhận nhiệt sinh công và tỏa nhiệt ( tác nhân ) tỏa nhiệt ( tác nhân ) * Nguyên tắc hoạt động của động cơ * Nguyên tắc hoạt động của động cơ
nhiệt : nhiệt : Tác nhân nhận nhiệt lượng Q1 từ nguồn Tác nhân nhận nhiệt lượng Q1 từ nguồn nóng biến một phần thành công A và tỏa nóng biến một phần thành công A và tỏa phần nhiệt còn lại Q2 cho nguồn lạnh. phần nhiệt còn lại Q2 cho nguồn lạnh. b) Hiệu suất động cơ nhiệt b) Hiệu suất động cơ nhiệt A Q1  Q 2 A Q1  Q 2 η  η  Q1 Q1 Q1 Q1 Trong đó : Trong đó : +  : Hiệu suất +  : Hiệu suất + A : Công do động cơ sinh ra + A : Công do động cơ sinh ra + Q1 : Nhiệt lượng nhận từ nguồn + Q1 : Nhiệt lượng nhận từ nguồn nóng. nóng. II. NGUYÊN LÍ THỨ HAI CỦA NHIỆT II. NGUYÊN LÍ THỨ HAI CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC. ĐỘNG LỰC HỌC. + Nhiệt lượng không tự nó truyền từ một + Nhiệt lượng không tự nó truyền từ một vật nóng hơn. vật nóng hơn. + Không thể chế tạo được động cơ vĩnh + Không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại hai. cửu loại hai. III. MÁY LẠNH III. MÁY LẠNH a) Nguyên tắc hoạt động của máy lạnh a) Nguyên tắc hoạt động của máy lạnh Máy lạnh là một thiết bị dùng để lấy Máy lạnh là một thiết bị dùng để lấy nhiệt từ một vật này truyền sang vật khác nhiệt từ một vật này truyền sang vật khác nóng hơn nhờ nhận công từ các vật ngoài. nóng hơn nhờ nhận công từ các vật ngoài. * Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của máy * Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của máy lạnh : lạnh : Thí dụ : Tủ lạnh trong gia đình. Thí dụ : Tủ lạnh trong gia đình. b) Hiệu năng của máy lạnh b) Hiệu năng của máy lạnh Q2 Q2 Q2 Q2 ε  ε  A Q1  Q 2 A Q1  Q 2 Trong đó : Trong đó : + A : Công tiêu thụ. + A : Công tiêu thụ. + Q1 : Nhiệt lượng mà tác nhân tỏa ra + Q1 : Nhiệt lượng mà tác nhân tỏa ra cho nguồn nóng. cho nguồn nóng. + Q2 : Nhiệt lượng từ nguồn lạnh. + Q2 : Nhiệt lượng từ nguồn lạnh. IV. HIỆU SUẤT CỰC ĐẠI CỦA MÁY IV. HIỆU SUẤT CỰC ĐẠI CỦA MÁY NHIỆT NHIỆT * Hiệu suất cực đại ( Định lí Cacnô ) * Hiệu suất cực đại ( Định lí Cacnô )
T1  T2 T1  T2 η η T1 T1 + T1 : Nguồn nóng + T1 : Nguồn nóng + T2 : Nguồn lạnh + T2 : Nguồn lạnh * Hiệu năng cực đại : * Hiệu năng cực đại : T2 T2 ε ε T1  T2 T1  T2 + T1 : Nguồn nóng + T1 : Nguồn nóng + T2 : Nguồn lạnh + T2 : Nguồn lạnh 3) Cũng cố : 4) Dặn dò học sinh : - Trả lời câu hỏi 1 ; 2; 3 - Làm bài tập : 1; 2; 3   