1. Nội dung nguyên lý 2 nhiệt động lực học:
1.1. Cách phát biểu thứ nhất:
Nội dung nguyên lý 2 nhiệt động lực học:
Nguyên lý thứ hai còn gọi là nguyên lý về entropy, đã được đưa ra để giải thích khả năng không thể đảo ngược của các quá trình nhiệt động lực học và liên quan đến khái niệm entropy. Theo nguyên lý này, entropy của một hệ kín chỉ có thể tăng lên hoặc giữ nguyên, dẫn đến quan điểm rằng không thể chuyển từ trạng thái mất trật tự sang trạng thái trật tự nếu không có sự can thiệp từ bên ngoài.
1.2. Cách phát biểu thứ hai:
Một cách phát biểu khác của nguyên lý này là:
Vì entropy đo lường mức độ hỗn loạn trong hệ, nguyên lý thứ hai cho rằng sự hỗn loạn trong vũ trụ sẽ ngày càng gia tăng. Cơ học thống kê đã chứng minh rằng nguyên lý thứ hai là một định lý đúng cho các hệ lớn và trong khoảng thời gian dài. Tuy nhiên, với các hệ nhỏ và trong khoảng thời gian ngắn, có thể xảy ra những thay đổi ngẫu nhiên không tuân theo nguyên lý này. Nói cách khác, khác với định luật thứ nhất, các định luật vật lý chỉ có tính chất thống kê và gián tiếp tuân theo nguyên lý thứ hai. Ngược lại, nguyên lý thứ hai khá độc lập so với các tính chất của các định luật đó, bởi vì chỉ có hiệu quả khi được giản lược và áp dụng cho các quy mô nhỏ.
Với sự hiểu biết mới đây về entropy, các nhà khoa học đã phát triển và nghiên cứu các phương pháp để tận dụng theo nguyên lý này. Một trong những ứng dụng của nguyên lý thứ hai là tính toán và phân tích năng lượng và tài nguyên ở các hệ thống vật lý và hóa học. Ngoài ra, nguyên lý này cũng được sử dụng trong các lĩnh vực như thống kê, khoa học môi trường và các lĩnh vực liên quan đến sự phát triển của vũ trụ.
Ở mức độ phổ thông, nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về một số hiện tượng trong cuộc sống hàng ngày. Ví dụ, nguyên lý này giải thích tại sao khi một quả trứng vỡ ra và được đánh trộn, ta không thể đảo ngược quá trình này để thu được một quả trứng nguyên vẹn.
Ngoài ra, nguyên lý thứ hai cũng giải thích tại sao các hệ thống tự nhiên có xu hướng tiến đến trạng thái cân bằng và sự suy giảm của năng lượng sử dụng trong các quá trình tự nhiên. Các ứng dụng của nguyên lý thứ hai cũng đã được áp dụng trong các lĩnh vực khác như công nghệ, sản xuất và kinh tế.
2. Vận dụng nguyên lý 2 nhiệt động lực học:
Nguyên lý thứ II của nhiệt động lực học là một trong những nguyên lý cơ bản nhất trong lĩnh vực cơ học, được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau như sản xuất điện, sản xuất thép, hóa chất, và nhiều ngành công nghiệp khác.
Theo nguyên lý II, mỗi động cơ nhiệt sẽ có ba bộ phận cơ bản sau:
– Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng (Q1)
– Bộ phận phát động gồm vật trung gian nhận nhiệt sinh công (A). Cùng các thiết bị phát động
– Nguồn lạnh để thu nhiệt lượng do tác nhân tỏa ra (Q2)
Khi đó, hiệu suất của động cơ nhiệt sẽ được tính bằng công thức:
H = (Q1-Q2) / Q1 = |A|/Q1
Trong đó:
– Q1: Nhiệt lượng của nguồn nóng
– Q2: Nhiệt lượng của nguồn lạnh
Công thức này cho phép tính toán hiệu suất của động cơ nhiệt, giúp các kỹ sư và nhà thiết kế đánh giá và tối ưu hóa hiệu suất của các hệ thống cơ khí.
Trong các động cơ nhiệt hiện đại, các kỹ sư đã tìm cách tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống bằng cách sử dụng các thiết bị và công nghệ mới như tăng độ ẩm của tác nhân làm lạnh, tăng áp suất và nhiệt độ của nguồn nóng, cải thiện các thiết bị phát động, và thiết kế các hệ thống giải nhiệt hiệu quả hơn.
Tuy nhiên, ngoài việc tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống, các kỹ sư còn phải đối mặt với các thách thức khác như giảm thiểu khí thải và tiêu thụ nhiên liệu vì những vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến môi trường mà còn gây ra chi phí cao cho các doanh nghiệp.
Do đó, nguyên lý thứ II của nhiệt động lực học không chỉ là một công cụ quan trọng cho việc thiết kế và tối ưu hóa hệ thống cơ khí mà còn là một công cụ quan trọng giúp các kỹ sư giải quyết các vấn đề môi trường và chi phí trong các ngành công nghiệp khác nhau.
3. Bài tập vận dụng và lời giải:
Câu 1: Nội năng của hệ sẽ như thế nào nếu hệ nhận nhiệt và nhận công ?
A. Không đổi.
B. Chưa đủ điều kiện để kết luận.
C. Giảm.
D. Tăng.
Chọn D
Câu 2: Trong một quá trình nung nóng đẳng áp ở áp suất 1,5.105 Pa, một chất khí tăng thể tích từ 40 dm3 đến 60 dm3 và tăng nội năng một lượng là 4,28 J. Nhiệt lượng truyền cho chất khí là
A. 1280 J.
B. 3004,28 J.
C. 7280 J.
D. – 1280 J.
Chọn B
Câu 3: Nội năng của một vật là
A. tổng động năng và thế năng của vật.
B. tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật.
C. nhiệt lượng vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt.
D. tổng nhiệt lượng và cơ năng mà vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt và thực hiện công.
Chọn B
Câu 4: Câu nào sau đây nói về nhiệt lượng là SAI?
A. Nhiệt lượng không phải là nội năng.
B. Một vật lúc nào cũng có nội năng do đó lúc nào cũng có nhiệt lượng.
C. Nhiệt lượng là số đo độ tăng nội năng của vật trong quá trình truyền nhiệt.
D. Đơn vị của nhiệt lượng cũng là đơn vị của nội năng.
Chọn B
Câu 5: Một quả bóng khối lượng 200 g rơi từ độ cao 15 m xuống sân và nảy lên được 10 m. Độ biến thiên nội năng của quả bóng bằng (lấy g = 10 m/s2)
A. 10 J.
B. 20 J.
C. 15 J.
D. 25 J.
Chọn A
Câu 6: Tìm phát biểu sai.
A. Nội năng là một dạng năng lượng nên có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác
B. Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật.
C. Nội năng chính là nhiệt lượng của vật.
D. Nội năng của vật có thể tăng hoặc giảm.
Chọn C
Câu 7: Trường hợp nào dưới đây làm biến đổi nội năng không do thực hiện công?
A. Mài dao. B. Đóng đinh. C. Khuấy nước. D. Nung sắt trong lò.
Chọn D
Câu 8: Trong một chu trình của động cơ nhiệt lí tưởng, chất khí thực hiện một công bằng 2.103 J và truyền cho nguồn lạnh một nhiệt lượng bằng 6.103 J. Hiệu suất của động cơ đó bằng
A. 33% B. 80% C. 65% D. 25%
Chọn D
Câu 9: Hệ thức nào sau đây phù hợp với quá trình làm lạnh khí đẳng tích ?
A. ΔU = A với A > 0
B. ΔU = Q với Q > 0
C. ΔU = A với A < 0
D. ΔU = Q với Q <0
Chọn D
Câu 10: Nguyên lí I nhiệt động lực học được diễn tả bởi công thức ΔU = Q + A với quy ước
A. Q > 0 : hệ truyền nhiệt.
B. A < 0 : hệ nhận công.
C. Q < 0 : hệ nhận nhiệt.
D. A > 0 : hệ nhận công.
Chọn B
Câu 11: Chọn phát biểu đúng.
A. Trong quá trình đẳng tích, nhiệt lượng mà chất khí nhận được dùng làm tăng nội năng và thực hiện công.
B. Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được.
C. Động cơ nhiệt chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học.
D. Nhiệt có thể tự truyền từ vật lạnh sang vật nóng.
Chọn B
Câu 12: Trong một chu trình của động cơ nhiệt lí tưởng, chất khí thực hiện một công bằng 2.103 J và truyền cho nguồn lạnh một nhiệt lượng bằng 6.103 J. Hiệu suất của động cơ đó bằng
A. 33% B. 80% C. 65% D. 25%
Chọn D
Câu 13: Trong quá trình chất khí nhận nhiệt và sinh công thì A và Q trong biểu thức
ΔU = Q + A phải có giá trị nòa sau đây ?
A. Q < 0, A > 0
B. Q > 0, A < 0
C. Q > 0, A > 0
D. Q < 0, A < 0
Chọn B
Câu 14: Người ta thực hiện công 100J để nén khí trong một xilanh. Biết khí truyền sang môi trường xung quanh nhiệt lượng 20J. Độ biến thiên nội năng của khí là
A. 80J B. 120J C. -80J D. -120J
Chọn A
Câu 15: Cách nào sau đây không làm thay đổi nội năng của vật?
A. Cọ xát vật lên mặt bàn.
B. Đốt nóng vật.
C. Làm lạnh vật.
D. Đưa vật lên cao.
Chọn D
Câu 16: Chọn phát biểu sai.
A. Đơn vị của nhiệt lượng cũng là đơn vị của nội năng.
B. Một vật lúc nào cũng có nội năng, do đó lúc nào cũng có nhiệt lượng.
C. Nhiệt lượng là số đo độ biến thiên nội năng của vật trong quá trình truyền nhiệt.
D. Nhiệt lượng không phải là nội năng.
Chọn B
Câu 17: Một viên đạn đại bác có khối lượng 10 kg khi rơi tới đích có vận tốc 54 km/h. Nếu toàn bộ động năng của nó biến thành nội năng thì nhiệt lượng tỏa ra lúc va chạm vào khoảng
A. 1125 J.
B. 14580 J.
C. 2250 J.
D. 7290 J.
Chọn A
Câu 18: Thả một quả cầu bằng nhôm khối lượng 0,105kg được đun nóng tới 142°C vào một cốc đựng nước ở 20°C, biết nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 42°C. Tính khối lượng của nước trong cốc, biết nhiệt dung riêng của nhôm là 880J/kg.K và của nước là 4200J/kg.K.
A. 0,1kg B. 0,2kg C. 0,3kg D. 0,4kg
Chọn A
Câu 19: Một lượng không khí nóng được chứa trong một xilanh cách nhiệt đặt nằm ngang có pit-tông có thể dịch chuyển được. Không khí nóng dãn nở đẩy pit-tông dịch chuyển. Nếu không khí nóng thực hiện một công có độ lớn là 2000 J thì nội năng của nó biến đổi một lượng bằng
A. 2000 J.
B. – 2000 J.
C. 1000 J.
D. – 1000 J.
Chọn B
