Giải SBT Vật lí 12 Bài 2. Nội năng. Định luật I của nhiệt động lực học

Chỉ ra câu đúng, sai trong các câu sau:

Trong công nghệ khí nén, người ta sử dụng điện năng sinh công để nén một lượng khí lớn vào trong một bình kín có vỏ bằng kim loại chắc chắn và gọi đây là bình tích áp. Van đóng mở bình tích áp này được lắp nối với một ống dẫn khí và cuối đường ống sẽ là bộ phận (như phanh ô tô) hoặc dụng cụ cơ khí (như khoan bắt vít trong sửa ô tô, xe máy). Chú ý rằng, trong quá trình nén khí, động cơ điện sẽ lấy thêm không khí bên ngoài nén vào trong bình. Trong quá trình khối khí sinh công làm phanh ô tô hoặc quay trục khoan bắt vít sẽ có một lượng khí thoát ra. Một người thợ cơ khí sử dụng 5 000 J năng lượng điện cho máy nén khí thì có thể nén được 3 m$^{3}$ không khí vào trong bình tăng áp có dung tích 250 lít. Hiệu suất của máy nén bằng 90%.

1. Lượng khí trong bình tích áp có khả năng sinh được công bằng bao nhiêu?

2. Xác định sự thay đổi nội năng của lượng khí trong bình lúc đầu.

Bình tích áp ở Bài 2.8 sau khi nén xong có nhiệt độ cao hơn so với môi trường, sau khoảng 20 phút thì nhiệt độ của bình mới bằng nhiệt độ môi trường. Một nhiệt lượng bằng 500 J đã trao đổi giữa bình tích áp và môi trường trong quá trình này.

1. Bình tích áp đã nhận thêm nhiệt lượng hay truyền bớt nhiệt lượng?

2. Nếu người thợ đã sử dụng 2 000 J phục vụ cho công việc của mình thì có thể xác định được nội năng của lượng khí còn lại không? Tại sao?

Người ta thực hiện công để nén 6 m$^{3}$ khí oxygen ở điều kiện bình thường vào trong một bình dung tích 40 lít để sử dụng trong y tế. Oxygen trong bình lúc này ở thể lỏng. Sau khi xong việc, người ta chờ khoảng 20 phút để nhiệt độ của bình oxygen tương đương với nhiệt độ môi trường rồi mới đưa vào bệnh viện sử dụng.

1. Các đại lượng nào sau đây của các phân tử trong khối khí nén đưa vào sử dụng sẽ tăng lên so với lúc đầu: động năng, thế năng của các phần tử khí, nội năng, kích thước phân tử?

2. Áp dụng định luật 1 nhiệt động lực học để giải thích mối liên hệ giữa độ biến thiên nội năng của khối khí lúc đầu với công thực hiện nén khí và nhiệt lượng mà bình khí nén đã trao đổi với môi trường.

3. Sau khi mở van bình oxygen, người ta có thể thấy rõ van kim loại sẽ mát hơn bình thường. Hãy giải thích tại sao?

Một động cơ hơi nước cần một nồi hơi “súp de” để đun nước sôi tạo hơi. Việc giãn nở của hơi tạo áp lực đẩy lên pit-tông hay các cánh turbine, khi đó chuyển động thẳng được chuyển thành chuyển động quay để quay bánh xe hay truyền động cho các bộ phận cơ khí khác. Để vận hành một động cơ hơi nước có công suất 30 kW thì nồi hơi súp de cần liên tục nhận được nhiệt lượng bằng 40 000 J mỗi giây.

1. Tính phần hao phí nhiệt lượng của nồi hơi súp de.

2. Người ta cung cấp nhiệt lượng cho nồi hơi súp de bằng việc đốt than đá, hiệu suất động cơ hơi nước này là 20%. Hãy tính công suất toả nhiệt ở lò than.