Sáng kiến kinh nghiệm: Bài tập nguyên lí I nhiệt động lực học

Huongdanvn.com –Có hơn 1000 sáng kiến kinh nghiệm hay<br /> <br /> 7<br /> SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI<br /> Đơn vị: Trường THPT chuyên Lương Thế Vinh<br /> Mã số: ................................<br /> <br /> SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM<br /> <br /> BÀI TẬP NGUYÊN LÍ I<br /> NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC<br /> <br /> Người thực hiện: NGUYỄN HÀ NAM<br /> Lĩnh vực nghiên cứu:<br /> - Quản lý giáo dục<br /> <br /> <br /> <br /> - Phương pháp dạy học bộ môn: ............................. <br /> - Lĩnh vực khác: ....................................................... <br /> <br /> Năm học: 2011 - 2012<br /> <br /> 2<br /> <br /> BM02-LLKHSKKN<br /> <br /> SƠ LƢỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC<br /> I. THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN<br /> 2.2.1.<br /> <br /> Họ và tên: Nguyễn Hà Nam<br /> <br /> 2.2.2.<br /> <br /> Ngày tháng năm sinh: 27/01/1986<br /> <br /> 2.2.3.<br /> <br /> Nam, nữ: Nam<br /> <br /> 2.2.4.<br /> <br /> Địa chỉ: 39A, KP4, phường Tân Phong, Biên Hòa, Đồng Nai<br /> <br /> 2.2.5.<br /> <br /> Điện thoại: 0919339917<br /> <br /> 2.2.6.<br /> <br /> E-mail: hanam271@yahoo.com<br /> <br /> 2.2.7.<br /> <br /> Chức vụ: Giáo viên vật lí<br /> <br /> 2.2.8.<br /> <br /> Đơn vị công tác: Trường THPT chuyên Lương Thế Vinh<br /> <br /> II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO<br /> - Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: Cao Học<br /> - Năm nhận bằng: 2011<br /> - Chuyên ngành đào tạo: Vật Lí Nguyên Tử Hạt Nhân và Năng Lượng Cao.<br /> III. KINH NGHIỆM KHOA HỌC<br /> - Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Vật Lí<br /> Số năm có kinh nghiệm: 4<br /> - Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây:<br /> + Chuyên đề: “Giải các bài toán trong hệ quy chiếu quán tính và phi quán<br /> tính”.<br /> + Chuyên đề: “Các mẫu cấu trúc hạt nhân”.<br /> + Chuyên đề: “Các vấn đề về phân rã hạt nhân”.<br /> <br /> 3<br /> <br /> BÀI TẬP NGUYÊN LÍ I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC<br /> I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI<br /> Do nhu cầu thực tế giảng dạy, tôi được phân công phụ trách giảng dạy phần<br /> Nhiệt học cho lớp 10 chuyên lý, đòi hỏi phải có một hệ thống những bài tập<br /> chuyên sâu về Nhiệt học. Vì vậy tôi đã sưu tầm, giải và hệ thống lại các bài tập về<br /> Nhiệt học. Thông qua đề tài này tác giả hi vọng có thể giúp ích cho các giáo viên<br /> và học sinh có thể tìm hiểu sâu thêm về các bài toán<br /> II. TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI<br /> 1. Cơ sở lý luận<br /> Nội dung của đề tài là hệ thống lại bài tập về nguyên lí I Nhiệt Động Lực Học.<br /> 2. Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài<br /> 2.1. Lí thuyết<br /> 2.1.1. Nguyên lí I NĐLH:<br /> <br /> ΔU = A + Q<br /> <br /> trong đó: U: độ biến thiên nội năng của hệ<br /> A: công mà hệ nhận được.<br /> Q: nhiệt lượng mà hệ nhận được.<br /> Cách phát biểu khác: Q = U + A’<br /> trong đó: A’: công mà hệ sinh ra.<br /> 2.1.2. Áp dụng nguyên lí I cho các quá trình<br /> Quá trình<br /> Đẳng nhiệt<br /> (T=const)<br /> Đẳng tích<br /> <br /> U<br /> <br /> Q<br /> <br /> 0<br /> <br /> -A<br /> <br /> nCVT<br /> <br /> nCVT<br /> <br /> 0<br /> <br /> nCVT<br /> <br /> nCpT<br /> <br /> -pV<br /> <br /> nCVT<br /> <br /> 0<br /> <br /> p 2 V2 - p1V1<br /> γ-1<br /> <br /> A<br /> nRTln<br /> <br /> V1<br /> p<br />  nRTln 2<br /> V2<br /> p1<br /> <br /> (V=const)<br /> Đẳng áp (p=const)<br /> Đoạn nhiệt<br /> (Q = 0)<br /> pV γ = const<br /> <br /> 4<br /> TVγ1  const<br /> <br /> Tp<br /> <br /> 1 γ<br /> γ<br /> <br /> hay<br /> <br />  const<br /> <br /> nRT1  T2 <br />   1<br /> γ  1  T1 <br /> <br /> Quá trình thuận nghịch<br /> 1 γ<br /> <br /> p1V1  V2 <br />    1<br /> γ - 1  V1 <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> trong đó:<br /> i<br /> 2<br /> <br /> CV là nhiệt dung mol đẳng tích: CV  R<br /> CV là nhiệt dung mol đẳng áp: Cp <br /> <br /> i+2<br /> R = CV + R<br /> 2<br /> <br /> i là số bậc tự do (khí đơn nguyên tử i = 3; khí lưỡng nguyên tử i = 5; khí từ 3<br /> nguyên tử trở lên i = 6)<br /> : hệ số Poát-xông: γ <br /> <br /> Cp<br /> CV<br /> <br /> *Chứng minh công thức tính công của quá trình đoạn nhiệt:<br /> Quá trình đoạn nhiệt có Q = 0, theo nguyên lí thứ I của nhiệt động lực học:<br /> A’ = -  U = nCV (T2 – T1)<br /> i<br /> 2<br /> <br /> Biết : CV  R <br /> <br /> R<br />  1<br /> <br /> ;<br /> <br /> n là số mol khí.<br /> <br /> P1V1 = nRT1 ;<br /> <br /> P2V2 = nRT2<br /> <br /> Công A’ do khí sinh ra :<br /> A' <br /> <br /> PV1  PV2<br /> 1<br /> 2<br />  1<br /> <br /> (1)<br /> <br /> hoặc nếu tính theo nhiệt độ thì :<br /> A' <br /> <br /> PV1<br /> T<br /> 1<br /> (1  2 )<br />  1<br /> T1<br /> <br /> (2)<br /> <br /> Nếu quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch thì có thể dùng đến TV-1 = const,<br /> từ đó tính được :<br /> T2V2 1  TV1 1<br /> 1<br /> <br /> hay<br /> <br /> T2<br /> V<br />  ( 1 ) 1<br /> T1<br /> V2<br /> <br /> Thay vào (2) ta có :<br /> A' <br /> <br /> PV1<br /> V<br /> 1<br /> [1  ( 1 ) 1 ]<br />  1<br /> V2<br /> <br /> (3)<br /> <br /> 5<br /> Đối với khí lưỡng nguyên tử thì : i = 5 ;  <br /> <br /> Cp<br /> CV<br /> <br /> <br /> <br /> 7<br /> 5<br /> <br /> Nếu quá trình thuận nghịch thì ba công thức (1) , (2) và (3) tương đương<br /> nhau.<br /> Trong từng trường hợp cụ thể, tùy theo dữ kiện được biết (2 trong 3 thông số<br /> P, V, T), có thể chọn công thức nào thuận lợi nhất cho cách tính toán.<br /> Nếu quá trình không thuận nghịch thì chỉ có công thức (1) và (2) là đúng còn<br /> (3) không đúng nữa.<br /> 2.2. Bài tập<br /> 2.2.1. Cho một bình cách nhiệt chứa khí lí tưởng ở nhiệt độ T và áp suất p. Biết nội<br /> năng của khí là U = CvT (Cv là một hằng số đã biết). Hỏi cần truyền cho khí một<br /> nhiệt lượng Q bằng bao nhiêu để áp suất khí tăng thêm một lượng là p?<br /> Giải<br /> Thể tích bình không đổi nên khối khí trong bình biến đổi đẳng tích: A = 0<br /> Q = U = CVT<br /> <br /> (1)<br /> <br /> Áp dụng định luật Sác-lơ:<br /> p' T '<br /> p T<br /> p<br />  <br /> <br />  T <br /> T<br /> p T<br /> p<br /> T<br /> p<br /> <br /> Thế (2) vào (1): Q  CV T<br /> <br /> (2)<br /> <br /> p<br /> p<br /> <br /> 2.2.2. Nén đẳng nhiệt 3 l không khí ở áp suất 1 at. Tìm nhiệt lượng tỏa ra, biết rằng<br /> thể tích cuối cùng chỉ còn bằng 1/10 thể tích ban đầu<br /> Giải<br /> Quá trình đẳng nhiệt U = 0<br /> Nhiệt lượng tỏa ra bằng công khối khí nhận được:<br /> Q’ = -Q = A = nRTln<br /> <br /> V1<br /> V<br />  p1V1ln 1  676 (J)<br /> V2<br /> V2<br /> <br /> 2.2.3. Có một mol khí Hêli ở nhiệt độ 0 oC chứa trong một xi lanh cách nhiệt lí<br /> tưởng, có píttông đậy kín. Hỏi cần phải thực hiện một công bao nhiêu để nén cho<br /> thể tích khí giảm còn một nửa thể tích ban đầu? Bỏ qua các ma sát.<br /> Giải<br /> <br />