Chào các em học sinh lớp 12 thân mến!

Hôm nay, thầy trò chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập thú vị về Định luật I Nhiệt động lực học. Đây là một kiến thức rất quan trọng trong chương trình Vật lý 12, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa nhiệt lượng, công và nội năng của hệ.

Chúng ta hãy cùng xem xét đề bài nhé:

Đề bài: Trong một quá trình đẳng áp, một hệ nhận được 600J nhiệt lượng và nội năng của hệ tăng 400J. Tính công mà hệ đã thực hiện.

Giờ chúng ta hãy cùng phân tích và giải quyết bài toán này một cách chi tiết.

Phân tích đề bài và Tóm tắt dữ kiện:

Đề bài cho chúng ta các thông tin sau:

• Quá trình đẳng áp: Mặc dù đề bài nói rõ đây là quá trình đẳng áp, nhưng đối với việc áp dụng Định luật I Nhiệt động lực học để tính công khi đã biết nhiệt lượng và độ biến thiên nội năng, thông tin “đẳng áp” không ảnh hưởng trực tiếp đến công thức mà chúng ta sẽ sử dụng. Nó sẽ quan trọng hơn nếu chúng ta cần tính công dựa vào sự thay đổi thể tích và áp suất (\(A = P \Delta V\)).
• Hệ nhận được 600J nhiệt lượng:
  Theo quy ước, khi hệ nhận nhiệt lượng, \(Q\) mang giá trị dương.
  Vậy, \(Q = +600 \, \text{J}\).
• Nội năng của hệ tăng 400J:
  Khi nội năng của hệ tăng, độ biến thiên nội năng (\(\Delta U\)) mang giá trị dương.
  Vậy, \(\Delta U = +400 \, \text{J}\).
• Yêu cầu: Tính công mà hệ đã thực hiện.
  Chúng ta cần tìm \(A_h\) (công do hệ thực hiện).

Áp dụng Định luật I Nhiệt động lực học:

Định luật I Nhiệt động lực học phát biểu rằng độ biến thiên nội năng của một hệ bằng tổng nhiệt lượng và công mà hệ nhận được.

Công thức tổng quát thường được sử dụng trong các sách giáo khoa Vật lý ở Việt Nam là:

\(\Delta U = Q + A\)

Trong đó:

• \(\Delta U\): Độ biến thiên nội năng của hệ.
• \(Q\): Nhiệt lượng mà hệ nhận được. (Nếu hệ tỏa nhiệt, \(Q\) sẽ âm).
• \(A\): Công mà ngoại lực thực hiện lên hệ.

Đề bài yêu cầu chúng ta tính công mà hệ đã thực hiện. Chúng ta cần chú ý đến quy ước dấu của công:

• Công \(A\) trong công thức \(\Delta U = Q + A\) là công mà ngoại lực thực hiện lên hệ.
• Công mà hệ thực hiện (chúng ta ký hiệu là \(A_h\)) có mối quan hệ ngược dấu với công mà ngoại lực thực hiện lên hệ.
  Tức là: \(A_h = -A\).

Từ mối quan hệ trên, chúng ta có thể viết lại Định luật I Nhiệt động lực học theo công mà hệ thực hiện như sau:

Vì \(A = -A_h\), thay vào công thức \(\Delta U = Q + A\), ta được:

\(\Delta U = Q + (-A_h)\)

\(\Delta U = Q – A_h\)

Bây giờ, chúng ta cần tìm \(A_h\), vậy chúng ta sẽ chuyển vế công thức:

\(A_h = Q – \Delta U\)

Thay số và Tính toán:

Chúng ta đã có các giá trị:

• \(Q = +600 \, \text{J}\)
• \(\Delta U = +400 \, \text{J}\)

Thay các giá trị này vào công thức \(\Delta U = Q – A_h\):

\(400 \, \text{J} = 600 \, \text{J} – A_h\)

Để tìm \(A_h\), chúng ta chuyển \(A_h\) sang vế trái và \(400 \, \text{J}\) sang vế phải:

\(A_h = 600 \, \text{J} – 400 \, \text{J}\)

\(A_h = 200 \, \text{J}\)

Kết luận:

Vậy, công mà hệ đã thực hiện là \(200 \, \text{J}\).

Giá trị dương của công \(A_h\) cho thấy hệ đã thực hiện công ra bên ngoài môi trường.

Qua bài tập này, các em đã ôn lại và áp dụng thành thạo Định luật I Nhiệt động lực học, cùng với các quy ước về dấu của nhiệt lượng, công và độ biến thiên nội năng. Đây là nền tảng quan trọng để chúng ta tiếp tục khám phá các quá trình nhiệt động khác!

Chúc các em học tốt!