Nhiệt động lực học căn bản - Phần 8

1.9 Năng lượng Một hệ có thể có vài dạng năng lượng khác nhau. Giả sử các tính chất là đồng đều trong toàn hệ, động năng của nó được cho bởi KE = ½ mV2 (1.17) trong đó V là vận tốc của mỗi hạt chất1; giả sử không đổi trong toàn hệ. Nếu vận tốc không phải là hằng số đối với từng hạt, thì động năng được tìm bằng cách lấy tích phân trên toàn hệ.1Phần văn bản sẽ làm rõ V là thể tích hay vận tốc. Một quyển giáo trình có thể sử dụng một...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nhiệt động lực học căn bản - Phần 8 Nhiệt động lực học căn bản - Phần 81.9 Năng lượngMột hệ có thể có vài dạng năng lượng khác nhau. Giả sử cáctính chất là đồng đều trong toàn hệ, động năng của nó được chobởiKE = ½ mV2 (1.17)trong đó V là vận tốc của mỗi hạt chất1; giả sử không đổi trongtoàn hệ. Nếu vận tốc không phải là hằng số đối với từng hạt, thìđộng năng được tìm bằng cách lấy tích phân trên toàn hệ.1 Phần văn bản sẽ làm rõ V là thể tích hay vận tốc. Một quyểngiáo trình có thể sử dụng một kí hiệu khéo léo hơn cho đại lượngnày hoặc đại lượng kia, nhưng điều đó thật sự không cần thiết.Năng lượng mà một hệ có do độ cao h của nó so với một mốc đotùy ý nào đó là thế năng của nó; nó được xác định từ phươngtrìnhPE = mgh (1.18)Những dạng năng lượng khác bao gồm năng lượng dự trữ trongpin, năng lượng dự trữ trong tụ điện, thế năng tĩnh điện, và nănglượng bề mặt. Ngoài ra, còn có năng lượng đi cùng với sựtruyền, sự quay và dao động của các phân tử, electron, proton vàneutron, và hóa năng do liên kết giữa các nguyên tử và giữa cáchạt hạ nguyên tử. Toàn bộ những dạng năng lượng này sẽ đượcgọi là nội năng và được kí hiệu bằng chữ U. Trong buồng đốt,năng lượng được giải phóng khi các liên kết hóa học giữa cácnguyên tử được sắp xếp lại. Trong quyển sách này, sự chú ý củachúng ta chủ yếu tập trung vào nội năng đi cùng với chuyểnđộng của các phân tử, tức là nhiệt độ. Trong Chương 9 sẽ trìnhbày quá trình đốt.Nội năng, giống như áp suất và nhiệt độ, là một tính chất có tầmquan trọng cơ bản. Một chất luôn luôn có nội năng; hễ nếu cóhoạt tính phân tử là có nội năng. Tuy nhiên, chúng ta không cầnbiết giá trị tuyệt đối của nội năng, vì chúng ta sẽ chỉ quan tâmđến độ tăng hoặc giảm của nó.Giờ chúng ta đi tới một định luật quan trọng, nó thường được sửdụng khi xét những hệ cô lập. Định luật bảo toàn năng lượngphát biểu rằng năng lượng của một hệ cô lập giữ không đổi.Năng lượng không thể sinh ra hay mất đi trong một hệ cô lập; nóchỉ có thể chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác. Quá trìnhnày được biểu diễn như sau 1/2 mV2 + mgh + U = constKE + PE + U = const hay(1.19)Xét một hệ gồm hai xe ô tô va chạm trực diện và sau va chạmthì đứng yên. Do năng lượng của hệ trước và sau va chạm là nhưnhau, nên tổng động năng ban đầu KE phải chuyển hóa thànhmột dạng năng lượng khác, trong trường hợp này, là nội năng U,chủ yếu được dự trữ trong đống kim loại bị biến dạng.Ví dụ 1.6Một xe ô tô 2200 kg đang chạy 90 km/h (25 m/s) thì va trúngphần đuôi của một xe ô tô 1000 kg đang đỗ lại. Sau va chạm, xeô tô lớn giảm tốc xuống còn 50 km/h (13,89 m/s), và chiếc xenhỏ thì có tốc độ 88 km/h (24,44 m/s). Hỏi nội năng đã tăng baonhiêu, xem hai xe như một hệ?