Câu hỏi: Khi nói về nội năng của một vật, các phát biểu nào sau đây đúng?
- a) Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật.
- b) Nội năng của một vật thay đổi trong quá trình truyền nhiệt và trong quá trình thực hiện công.
- c) Nội năng của vật (1) lớn hơn nội năng của vật (2) thì nhiệt độ của vật (1) cũng lớn hơn nhiệt độ của vật (2).
- d) Một vật lúc nào cũng có nội năng, do đó lúc nào cũng có nhiệt lượng.
Đáp án đúng là a và b. Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật (phát biểu a), đồng thời có thể tăng hoặc giảm khi vật truyền nhiệt hoặc thực hiện công (phát biểu b). Phát biểu c sai vì nội năng còn phụ thuộc khối lượng và cấu trúc của vật, phát biểu d sai vì nhiệt lượng chỉ xuất hiện khi có sự truyền nhiệt.
Vì sao phát biểu a và b đúng
Nội năng là tổng động năng chuyển động và thế năng tương tác của tất cả các phân tử cấu tạo nên vật. Vì vậy, giá trị của nó gắn liền với hai đại lượng đặc trưng cho trạng thái vật lý của vật là nhiệt độ và thể tích.
Nhiệt độ càng cao thì động năng trung bình của các phân tử càng lớn, khiến phần động năng trong nội năng tăng lên. Thể tích thay đổi làm khoảng cách giữa các phân tử thay đổi, kéo theo thế năng tương tác giữa chúng thay đổi. Hai yếu tố này cùng quyết định nội năng nên phát biểu a đúng.
Phát biểu b đúng vì truyền nhiệt và thực hiện công là hai cách làm thay đổi nội năng của một vật, phù hợp với nguyên lý thứ nhất nhiệt động lực học. Khi vật nhận nhiệt, ví dụ đun nóng một cốc nước, hoặc nhận công, ví dụ nén khí trong xilanh, nội năng của vật tăng. Ngược lại, khi vật nhả nhiệt hoặc sinh công thì nội năng giảm.
Vì sao phát biểu c và d sai
Phát biểu c sai và là ý dễ nhầm nhất trong câu này. Nội năng không chỉ phụ thuộc nhiệt độ mà còn phụ thuộc khối lượng và cấu trúc của vật. Một ao nước lớn ở nhiệt độ thường có nội năng lớn hơn một cốc nước nóng vì số phân tử nước trong ao nhiều hơn hẳn, dù động năng trung bình của từng phân tử thấp hơn. Do đó, không thể khẳng định chắc chắn vật (1) nóng hơn vật (2) chỉ dựa vào việc nội năng của nó lớn hơn.
Phát biểu d sai vì lầm nhiệt lượng thành một đại lượng mà vật luôn chứa. Nhiệt lượng là phần năng lượng truyền từ vật này sang vật khác khi có chênh lệch nhiệt độ, nên nó chỉ có ý nghĩa trong quá trình truyền nhiệt. Mọi vật luôn có nội năng do phân tử luôn chuyển động và tương tác với nhau, nhưng khi không có sự truyền nhiệt thì không thể nói vật “có” nhiệt lượng.
Hệ thống kiến thức liên quan
- Định nghĩa nội năng: tổng động năng chuyển động phân tử và thế năng tương tác giữa các phân tử của vật.
- Hàm trạng thái: nội năng chỉ phụ thuộc trạng thái hiện tại của vật (nhiệt độ, thể tích), không phụ thuộc vào cách vật đạt đến trạng thái đó.
- Hai cách thay đổi nội năng: truyền nhiệt (nhận hoặc nhả nhiệt) và thực hiện công (nhận hoặc sinh công); lượng nội năng tăng thêm bằng tổng nhiệt lượng và công mà vật nhận.
- Phân biệt nội năng với nhiệt lượng: nội năng là đại lượng trạng thái mà mọi vật luôn có, còn nhiệt lượng là đại lượng quá trình, chỉ xuất hiện khi có truyền nhiệt do chênh lệch nhiệt độ.
Mẹo ghi nhớ
Ghi nhớ hai cặp liên hệ: nhiệt độ gắn với động năng phân tử, thể tích gắn với thế năng tương tác giữa các phân tử. Từ hai cặp này suy ra ngay rằng nội năng của một vật phụ thuộc vào cả nhiệt độ lẫn thể tích.
Để tránh bẫy ở ý c và d, hãy hình dung nội năng là “kho” năng lượng vật luôn mang theo, còn nhiệt lượng là “dòng” năng lượng chỉ chảy khi có chênh lệch nhiệt độ. Ngoài ra, khi so sánh nội năng của hai vật, phải cùng khối lượng và cùng chất liệu thì mới suy ra được vật nào có nhiệt độ cao hơn.
Bài viết liên quan: