Bài 2: Nội năng. Định luật I của nhiệt động lực học

1. Kiến thức trọng tâm

• Nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng tương tác của các phân tử cấu tạo nên vật. Nội năng kí hiệu là $U$, đơn vị là jun ($J$).
• Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật. Khi nhiệt độ tăng, các phân tử chuyển động nhanh hơn nên động năng tăng, nội năng tăng. Khi thể tích thay đổi, khoảng cách giữa các phân tử thay đổi nên thế năng tương tác thay đổi, nội năng cũng thay đổi.
• Có hai cách làm thay đổi nội năng: thực hiện công và truyền nhiệt. Khi thực hiện công, vật nhận công hoặc sinh công; khi truyền nhiệt, vật nhận nhiệt lượng hoặc toả nhiệt lượng.
• Nhiệt lượng là phần nội năng mà vật nhận thêm hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt, kí hiệu $Q$, đơn vị jun ($J$).
• Định luật I của nhiệt động lực học: Độ biến thiên nội năng của hệ bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được: $\Delta U = A + Q$.
• Quy ước dấu: Q > 0 khi hệ nhận nhiệt, Q < 0 khi hệ toả nhiệt; A > 0 khi hệ nhận công, A < 0 khi hệ sinh công; \Delta U > 0 khi nội năng tăng, \Delta U < 0 khi nội năng giảm.

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ: Một khối khí nhận nhiệt lượng $500,J$ và thực hiện công $200,J$ ra môi trường ngoài. Tính độ biến thiên nội năng của khối khí.

Lời giải: Hệ nhận nhiệt nên $Q = +500,J$. Hệ sinh công nên $A = -200,J$. Áp dụng định luật I: $\Delta U = A + Q = -200 + 500 = 300,J$. Vậy nội năng của khối khí tăng thêm $300,J$.

3. Ghi nhớ

• Nội năng là tổng động năng và thế năng tương tác của các phân tử, phụ thuộc nhiệt độ và thể tích.
• Hai cách làm thay đổi nội năng: thực hiện công và truyền nhiệt.
• Định luật I: $\Delta U = A + Q$, chú ý quy ước dấu của $A$ và $Q$.