Người ta cung cấp nhiệt lượng 2,2 J cho một lượng khí đựng trong một xilanh đặt nằm ngang. Chất khí nở ra và đẩy pít-tông đi một đoạn 2 cm. Biết lực ma sát giữa pít-tông và xilanh có độ lớn 10 N. Độ biến thiên nội năng của lượng khí bằng bao nhiêu joule?
Lời giải chi tiết
Để giải bài toán này, chúng ta cần áp dụng định luật bảo toàn năng lượng dưới dạng:
\[ \Delta U = Q - A, \]trong đó:
\(\Delta U\) là độ biến thiên nội năng của khí.
\(Q\) là nhiệt lượng cung cấp cho khí (\(Q = 2,2\, \text{J})\).
\(A\) là công mà khí thực hiện để đẩy pít-tông.
Công mà khí thực hiện gồm hai phần: công thắng lực ma sát và công do sự nở ra của khí:
\[
A = A_{f} + A_{nở},
\]
trong đó:
- \(A_{f}\) là công thắng lực ma sát: \(A_{f} = F_{f} \cdot d\), với \(F_{f} = 10\, \text{N}\) và \(d = 2\, \text{cm} = 0,02\, \text{m}\).
\[A_{f} = 10 \times 0,02 = 0,2 \, \text{J}.
\]
- \(A_{nở}\) được bỏ qua vì đề không cung cấp thông tin về áp suất hay diện tích của pít-tông nên ta chỉ xét \(A = A_{f}\).
Do đó, công mà khí thực hiện:\ \[ A = 0,2 \, \text{J}. \]
Thay vào công thức độ biến thiên nội năng, ta có:
\[
\Delta U = 2,2 - 0,2 = 2 \, \text{J}.
\]
Vậy độ biến thiên nội năng của lượng khí là 2 J.
Chú ý khi giải
Lưu ý khi giải bài: