Bài 2. Nội năng. Định luật I của nhiệt động lực học

Nội năng (U): là tổng động năng và thế năng tương tác giữa các phân tử, nguyên tử cấu tạo nên vật.

Đặc điểm:

• Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật
• Đơn vị: Jun (J)
• Ký hiệu: U

Đối với khí lý tưởng:

Chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ: U = f(T)

U = (3/2)NkT = (3/2)nRT với n là số mol

a) Thực hiện công:

• Quạt quay → không khí nóng lên
• Cọ xát vật → vật nóng lên
• Nén khí → khí nóng lên

• Đặt vật nóng vào lửa → vật nóng lên
• Cho nước đá vào nước → nước đá tan
• Đặt cốc nước vào nước nóng

Kết luận: Có hai cách làm thay đổi nội năng: thực hiện công và truyền nhiệt.

Nhiệt lượng (Q): là phần nội năng mà vật nhận được hoặc mất đi trong quá trình truyền nhiệt.

Công thức tính nhiệt lượng:

$$Q = mc\Delta t$$

Trong đó:

• Q: nhiệt lượng (J)
• m: khối lượng (kg)
• c: nhiệt dung riêng (J/kg.K)
• Δt: độ biến thiên nhiệt độ (K hoặc °C)

Ý nghĩa c: Nhiệt dung riêng cho biết nhiệt lượng cần thiết để 1 kg chất tăng thêm 1°C.

Phát biểu: Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được.

Công thức:

$$\Delta U = A + Q$$

Quy ước dấu:

• Q > 0: vật nhận nhiệt lượng
• Q < 0: vật tỏa nhiệt lượng
• A > 0: vật nhận công
• A < 0: vật thực hiện công

Ứng dụng: Tính toán các quá trình biến đổi năng lượng trong nhiệt động lực học.

Khi hai vật trao đổi nhiệt với nhau:

$$Q_{toa} = Q_{thu}$$

Nguyên lý: Nhiệt lượng tỏa ra của vật nóng bằng nhiệt lượng thu vào của vật lạnh.

Lưu ý: Trong cân bằng nhiệt, nhiệt độ cuối cùng của hai vật bằng nhau.