Kiểm tra Vật lí nhiệt 12 – 20 phút – Đinh Thiện Lý

Vật lí nhiệt lớp 12 – Ôn tập kiểm tra 20 phút

Ôn tập nội năng, nguyên lí I nhiệt động lực học, thang nhiệt độ và sự chuyển thể trước khi làm bộ 10 câu: 8 câu nhiều lựa chọn và 2 câu Đúng/Sai. Thời gian tham khảo là 20 phút.

Công thức cần nhớ

Với quy ước $A$ là công mà hệ nhận từ bên ngoài:

$$\Delta U=A+Q,T=t+273,15.$$

Khi vật chỉ thay đổi nhiệt độ, không chuyển thể và nhiệt dung riêng gần như không đổi:

$$Q=mc(t_2-t_1).$$

Nhiệt lượng cần để nóng chảy hoặc hóa hơi hoàn toàn một khối lượng chất ở nhiệt độ chuyển thể:

$$Q_{\mathrm{n}\mathrm{c}}=m\lambda ,Q_{\mathrm{h}\mathrm{h}}=mL.$$

Các đại lượng $U,A,Q$ tính bằng J; $m$ tính bằng kg; $c$ tính bằng J/(kg·K); $\lambda ,L$ tính bằng J/kg. Nhiệt độ tuyệt đối $T$ dùng đơn vị K, không viết °K. Độ tăng nhiệt độ có cùng giá trị số khi tính bằng K hoặc °C.

Quy ước dấu của nhiệt lượng và công

• Hệ nhận nhiệt: $Q>0$; hệ tỏa nhiệt: $Q<0$.
• Hệ nhận công: $A>0$, chẳng hạn khí bị nén; hệ thực hiện công: $A<0$, chẳng hạn khí giãn nở đẩy pít-tông.
• $\Delta U>0$: nội năng tăng; $\Delta U<0$: nội năng giảm.

Khí nhận nhiệt chưa chắc có nội năng tăng nếu đồng thời thực hiện công đủ lớn. Nếu thể tích không đổi và chỉ xét công thể tích, $A=0$, nên $\Delta U=Q$. Nếu hệ cách nhiệt, $Q=0$, nên $\Delta U=A$.

Nội năng, nhiệt độ và sự chuyển thể

Nội năng gồm động năng chuyển động nhiệt và thế năng tương tác giữa các phân tử. Phân tử trong chất rắn vẫn chuyển động: chúng dao động quanh những vị trí cân bằng xác định. Nhiệt độ giúp mô tả mức độ chuyển động nhiệt, nhưng không thể chỉ nhìn nhiệt độ để kết luận nội năng không đổi khi chất đang chuyển thể.

Nóng chảy là rắn chuyển thành lỏng; đông đặc là lỏng chuyển thành rắn. Hóa hơi là lỏng chuyển thành khí; ngưng tụ là khí chuyển thành lỏng. Nóng chảy và hóa hơi cần nhận nhiệt; đông đặc và ngưng tụ tỏa nhiệt. Khi tính nhiệt lượng mà hệ nhận, quá trình tỏa nhiệt mang dấu âm.

Với nước tinh khiết ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn, nóng chảy xảy ra khoảng 0°C và sôi khoảng 100°C. Nhiệt độ sôi phụ thuộc áp suất. Trong giai đoạn chuyển thể ở áp suất không đổi, vật có thể tiếp tục nhận nhiệt dù nhiệt độ giữ nguyên. Vì vậy, đoạn nằm ngang của đồ thị đun không có nghĩa là ngừng cung cấp năng lượng.

Ví dụ: khí tỏa nhiệt và nhận công

Khí trong xi lanh tỏa 100 J ra môi trường và nhận công nén 70 J. Do đó $Q=-100\mathrm{J}$, $A=+70\mathrm{J}$:

$$\Delta U=70-100=-30\mathrm{J}.$$

Nội năng của khí giảm 30 J. Dấu âm thuộc độ biến thiên nội năng, không có nghĩa nội năng của khí bằng −30 J.

Lỗi thường gặp và tự kiểm tra

Tránh đổi nhầm dấu công nén, coi 100°C là 100 K, hoặc cho rằng nhiệt độ không đổi thì không trao đổi nhiệt. Khi đọc đồ thị, cần phân biệt giai đoạn tăng nhiệt của một thể với giai đoạn chuyển thể.

Tự kiểm tra: Làm bộ 10 câu bên dưới; ở phần Đúng/Sai, đánh giá riêng từng ý và đối chiếu lời giải về quy ước dấu hoặc giai đoạn trên đồ thị.