Bài tập của chúng ta như sau:

Một hệ có độ biến thiên nội năng là 500 J và nhận được 200 J nhiệt lượng. Tính công mà hệ đã thực hiện.

Để giải bài toán này, chúng ta cần áp dụng định luật I nhiệt động lực học. Các em còn nhớ định luật này được phát biểu như thế nào không?

Định luật I nhiệt động lực học phát biểu rằng: Trong một quá trình biến đổi, biến thiên nội năng của một hệ bằng tổng nhiệt lượng mà hệ nhận được và công mà hệ nhận được từ bên ngoài.

Chúng ta có thể viết định luật này dưới dạng công thức như sau:
\[ \Delta U = Q + A’ \]
Trong đó:

• \( \Delta U \) là độ biến thiên nội năng của hệ (J).
• \( Q \) là nhiệt lượng mà hệ nhận được (J). Nếu hệ tỏa nhiệt thì \( Q < 0 \).
• \( A’ \) là công mà hệ nhận được từ bên ngoài (J). Nếu hệ thực hiện công ra bên ngoài thì \( A’ < 0 \).

Tuy nhiên, trong bài toán này, người ta yêu cầu tính công mà hệ đã thực hiện. Thông thường, trong nhiều tài liệu và sách giáo khoa, công thực hiện bởi hệ (ký hiệu là A) sẽ mang dấu ngược lại với công mà hệ nhận được (A’). Tức là:
\[ A = -A’ \]

Vì vậy, chúng ta có thể viết lại định luật I nhiệt động lực học dưới dạng khác:
\[ \Delta U = Q – A \]
Hoặc:
\[ A = Q – \Delta U \]

Bây giờ, chúng ta cùng xem xét các đại lượng đã cho trong bài toán:

Độ biến thiên nội năng của hệ là 500 J. Vậy ta có: \( \Delta U = 500 \) J.

Hệ nhận được 200 J nhiệt lượng. Vì hệ nhận nhiệt lượng nên \( Q \) sẽ dương. Vậy ta có: \( Q = 200 \) J.

Bây giờ, chúng ta chỉ cần thay các giá trị này vào công thức để tính công mà hệ đã thực hiện:
\[ A = Q – \Delta U \]
\[ A = 200 \text{ J} – 500 \text{ J} \]
\[ A = -300 \text{ J} \]

Vậy, công mà hệ đã thực hiện là -300 J.

Kết luận: Công mà hệ đã thực hiện là -300 J. Dấu âm ở đây cho thấy hệ đã thực hiện công ra bên ngoài, nhưng lượng công mà nó nhận được từ bên ngoài lại lớn hơn lượng công nó thực hiện. Nói cách khác, hệ đã nhận nhiều công hơn là nó sinh công. Điều này có nghĩa là công ròng mà hệ thực hiện là âm.

Các em có câu hỏi gì không? Chúng ta hãy nhớ kỹ công thức này và cách xác định dấu của các đại lượng để áp dụng vào các bài tập tương tự nhé!