Thí nghiệm sau đây cho thấy mối liên hệ giữa nội năng của vật với năng lượng của các phân tử cấu tạo nên vật.
Chuẩn bị:
- Ống nghiệm (1).
- Nút bấc có kích thước vừa khít miệng ống nghiệm (2).
- Đèn cồn (3).
- Giá đỡ thí nghiệm (4).
Tiến hành:
- Bố trí thí nghiệm như Hình 2.2.
- Dùng đèn cồn đun nóng ống nghiệm cho đến khi nút bắc bật ra.
Thực hiện các yêu câu sau:
1. Khi đun ống nghiệm tới một lúc nào đó thì thấy nút bấc bật ra. Giải thích vì sao nút bấc bật ra.
2. Khi nút chưa bị bật ra:
a) Nội năng của không khí trong ống nghiệm tăng hay giảm? Vì sao?
b) Nội năng của không khí trong ống nghiệm tăng có phải do thế năng phân tử khí tăng không? Tại sao?
c) Tại sao hiện tượng nút ống nghiệm bị bật ra lại chứng tỏ động năng của các phân tử khí trong ống nghiệm tăng?
Thực hiện thí nghiệm và trả lời câu hỏi
1. Khi đun ống nghiệm, chất lỏng bên trong ống nghiệm sẽ nóng lên và chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí. Quá trình chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí gây ra sự mở rộng đột ngột của chất lỏng. Khi chất lỏng mở rộng, áp suất bên trong ống nghiệm tăng lên.
Trong khi đó, nút bấc của ống nghiệm có thể là một loại nút đậy không thể di chuyển hoặc không thể thoát ra ngoài dễ dàng. Khi áp suất bên trong ống nghiệm tăng lên do quá trình chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí, áp suất này có thể trở nên đủ lớn để đẩy nút bấc ra ngoài.
Do đó, nút bấc bật ra là kết quả của áp suất bên trong ống nghiệm tăng lên do sự mở rộng của chất lỏng trong quá trình đun nóng, và nút bấc không thể chịu được áp lực nên bị đẩy ra ngoài.
2.
a) Khi nút chưa bị bật ra, nội năng của không khí trong ống nghiệm tăng. Khi ống nghiệm được đun nóng, nhiệt độ của không khí bên trong cũng tăng lên. Nhiệt độ cao hơn góp phần làm tăng động năng trung bình của các phân tử khí, làm tăng nội năng của không khí.
b) Nội năng của không khí trong ống nghiệm tăng không chỉ do thế năng phân tử khí tăng mà còn do động năng của các phân tử khí tăng. Khi nhiệt độ tăng lên, các phân tử khí trong ống nghiệm di chuyển nhanh hơn và va chạm với nhau một cách mạnh mẽ hơn. Điều này dẫn đến việc tăng động năng trung bình của các phân tử, góp phần làm tăng nội năng của không khí.
c) Hiện tượng nút ống nghiệm bị bật ra chứng tỏ động năng của các phân tử khí trong ống nghiệm tăng. Khi nhiệt độ tăng, các phân tử khí có động năng lớn hơn và va chạm với nút bấc với độ mạnh hơn, tạo ra áp suất nội bên trong ống nghiệm. Khi áp suất nội tăng đủ lớn, nút bấc không thể chịu được áp lực và bị đẩy ra ngoài để giảm áp suất nội. Điều này chỉ xảy ra khi động năng của các phân tử khí trong ống nghiệm tăng lên do nhiệt độ tăng.
Các bài tập cùng chuyên đề
Khi nước được đun tới lúc bắt đầu sôi thì dù có tiếp tục đun, nhiệt độ của nước cũng không thay đổi. Vậy nhiệt năng mà nước nhận được lúc này làm tăng dạng năng lượng nào của nước?
Tại sao nội năng của vật lại phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật?
1. Mô tả sự thay đổi nội năng của lượng khí trong xi lanh ở Hình 2.3
2. Tìm thêm ví dụ về thực hiện công và truyền nhiệt làm thay đổi nội năng của vật
1. Nội năng của vật biến đổi như thế nào trong các trường hợp sau:
a) Vật rắn đang nóng chảy.
b) Nước đá đang tan.
c) Hơi nước ngưng tụ ở nhiệt độ không đối.
2. Một vật khối lượng 1 kg trượt không vận tốc ban đầu từ đỉnh xuống chân một mặt phẳng dài 21 m, nghiêng 30° so với mặt nằm ngang. Tốc độ của vật ở chân mặt phẳng là 4,1 m/s. Tính công của lực ma sát và độ biến thiên nội năng của vật trong quá trình chuyển động trên. Lấy g = 9,8 m/s2. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với mặt phẳng nghiêng.
Ô tô khi đóng kín cửa để ngoài trời nắng nóng (Hình 3.1), nhiệt độ không khí trong xe tăng rất cao so với nhiệt độ bên ngoài, làm giảm tuổi thọ của các thiết bị bên trong xe. Nguyên nhân nào gây ra sự tăng nhiệt độ này?
Chứng tỏ nội năng của vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật.
1. Vận dụng mô hình động học phân tử, hãy giải thích hiện tượng chiếc nút bị đẩy bật ra khỏi ống (Hình 3.2b).
2. Việc thay đổi lượng không khí chứa trong ống nghiệm có ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm không? Nếu có thì ảnh hưởng như thế nào?
Dựa vào mô hình động học phân tử, hãy giải thích hiện tượng quả bóng bàn bị móp (nhưng chưa bị thủng) khi thả vào cốc nước nóng sẽ phồng trở lại (Hình 3.3)
Có những cách nào làm thay đối nội năng của một vật (hoặc hệ vật)? Cho ví dụ minh họa.
Lấy ví dụ minh họa về việc làm thay đổi nội năng của một khối chất rắn, khối chất lỏng và khối chất khí bằng cách thực hiện công trong thực tiễn.
Giải thích tại sao khi hai vật chênh lệch nhiệt độ tiếp xúc với nhau thì nhiệt độ của chúng sẽ tiến đến bằng nhau.
Hình 3.6 mô tả cách tạo lửa bằng ma sát trong tình huống nguy cấp của con người (như cần sưởi ấm trong thời tiết lạnh, nấu chín thức ăn,...) khi không có bật lửa. Hãy giải thích cách tạo ra lửa trong tình huống này.
Khi được mài (Hình 2.1), lưỡi dao không chỉ sắc hơn mà còn nóng lên. Nó cũng nóng lên khi được nhúng vào nước nóng. Trong hai trường hợp này, dù theo các cách khác nhau nhưng lưỡi dao đều nhận thêm năng lượng. Phần năng lượng nhận được thêm này có liên hệ gì với năng lượng của các phân tử cấu tạo nên lưỡi dao?
Hãy lập luận để chứng tỏ nội năng của một bình khí có liên hệ với nhiệt độ và thể tích của khí trong bình.
Vì sao khi nén khí trong xilanh, thế năng tương tác phân tử và nội năng của lượng khí đó thay đổi?
Lấy ví dụ thực tế về sự thay đổi nội năng của hệ bằng cách thực hiện công và ví dụ về sự thay đổi nội năng bằng truyền nhiệt.
Một lượng khí nhận nhiệt lượng 250 kJ do được đun nóng; đồng thời nhận công 500 kJ do bị nén.
a) Xác định độ tăng nội năng của lượng khí.
b) Xác định độ biến thiên nội năng của lượng khí trên nếu đồng thời với việc cung cấp nhiệt lượng 250 kJ, lượng khí này giãn ra và thực hiện công 100 kJ lên môi trường xung quanh nó
Hãy tìm hiểu và giải thích vì sao miếng sắt ở trên đe có thể bị nóng lên khi bị đập bằng búa nhiều lần.
Phát biểu nào sau đây về nội năng là không đúng?
A. Nội năng là một dạng năng lượng.
B. Nội năng là nhiệt lượng.
C. Nội năng của một vật có thể tăng hoặc giảm.
D. Nội năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác.
Một bình chứa carbon dioxide (CO2) ở nhiệt độ phòng và áp suất 20 atm (áp suất không khí trong phòng là 1 atm) Để quan sát hiện tượng khối khí CO2 giảm nhiệt độ và hóa rắn khi phun ra khỏi bình, người ta dặt một miếng vải ở miệng ống xả của bình chứa và mở van thì thấy CO2 rắn (có nhiệt độ thấp) được hình thành trên miếng vải. Hiện tượng khối khí biển đổi trực tiếp thành chất rắn như CO2 trong hiện tượng này được gọi là sự ngưng kết. Hãy vận dụng định luật 1 nhiệt động lực học để giải thích vì sao CO2 khi phun ra lại giảm nhiệt độ.
Cách nào sau đây không làm thay đổi nội năng của vật?
Chọn phát biểu sai.
Nội năng của hệ sẽ như thế nào nếu hệ nhận nhiệt và nhận công ?
Nội năng của một vật là
Câu nào sau đây nói về nhiệt lượng là đúng?
Tìm phát biểu sai.
Trường hợp nào dưới đây làm biến đổi nội năng không do thực hiện công?
Phát biểu nào sau đây về nội năng là không đúng?
A. Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật.
B. Nội năng của một vật có thể bị biến đổi bằng quá trình truyền nhiệt hoặc thực hiện công.
C. Nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật.
D. Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt được gọi là công.
Phát biểu nào sau đây về nhiệt lượng là không đúng?
A. Một vật lúc nào cũng có nội năng do đó lúc nào cũng có nhiệt lượng.
B. Đơn vị của nhiệt lượng cũng là đơn vị của nội năng.
C. Nhiệt lượng không phải là nội năng.
D. Nhiệt lượng là phần nội năng vật tăng thêm hoặc giảm đi khi nhận được từ vật khác hoặc truyền cho vật khác.
Nội năng của một vật
A. phụ thuộc vào động năng của chuyển động của vật.
B. phụ thuộc vào động năng chuyển động của các phân tử cấu tạo nên vật.
C. bằng không khi vật ở thể rắn.
D. tăng khi vật chuyển động.
