Chất rắn chất lỏng và nhiệt động lực học

Chấtrắn-chấtlỏngvànhiệtđộnglựchọc
A/ Tómtắtlíthuyết:
1. ỨngsuấtkéonénpháptuyếnvàđịnhluậtHúc:
* Ứngsuấtkéonénpháptuyến:làlựckéonénứngvớimộtđơnvịdiệntíchvuônggócvớilực.
σn =
𝐅
𝐒

* ĐịnhluậtHúc: “Tronggiớihạnđànhồi,độbiếndạngtươngđốivàứngsuấtlàmbiếndạngtỉlệvớinhau”.
∆𝐥
𝐥
𝟎 ~
𝐅
𝐒
hay
𝐅
𝐒 = E
𝐒
𝐥
𝟎l⟹ F = kl
Trongđó: E làđànhồi hay suấtIâng (Young).
k: làhệsốđànhồi (độcứng: N/m) k = E
𝐒
𝐥
𝟎

2. Sựnởvìnhiệt:
* Sựnởdài: l = l0 lmà∆l = α.l0.Δt ⟹ l = l0 (l + α.Δt)
TrongđóΔt = t0C – t00C
l0: Chiềudàicủathanh ở t00C
l: Chiềudàicủathanh ở t0C
∆l là độnởdàicủathanh
αlàhệsốnởdàicủathanh (K-1 hay độ-1) : Phụthuộcvàobảnchấtlàmthanh.
* Sựnởkhối (sựnởthểtích):
V = V0 + ∆V mà∆V = β.V0.Δt ⟹ V = V0 (l + β.Δt)
Trongđó: V0làthểtíchcủavật ở nhiệtđộ t0C
V làthểtíchcủavật ở nhiệtđộ t0C
∆V làđộnởthểtíchcủavật
βlàhệsốnởkhốicủavật, β = 3α
3. Lựccăngmặtngoài:
“Lựccăngmặtngoàiđặtlênđườnggiớihạncủamặtngoàivàvuônggócvớinó, cóphươngtiếptuyếnvớimặtngoàicủakhốichấtlỏngvàcóchiềusaocholựccótácdụngthunhỏdiệntíchmặtngoàicủachấtlỏng.”
* Côngthứctínhlựccăngmặtngoài:
Độlớncủalựccăngmặtngoài F tỉlệvớiđộdài l củađườnggiớihạnmặtngoàicủakhốichấtlỏng: F = σ.l
Trongđó σ làhệsốcăngmặtngoài (suấtcăngmặtngoàicủachấtlỏng).
F làlựccăngmặtngoài (N).
llàđộdàigiớihạncủamặtngoài
4. Côngthứctínhđộchênhlệchmựcchấtlỏng ở hiệntượngmaodẫn
h =
𝟒𝛔
𝛒.𝐠.𝐝

Trongđó d làđườngkínhtrongcủaống.
5. Nguyênlíthứnhấtnhiệtđộnglựchọc
Độbiếnthiênnộinăngcủahệbằngtổngđạisốnhiệtlượngvàcôngmàhệnhậnđược.
Côngthức: ∆U = Q + AVới∆U = U2 – U1làđộbiếnthênnộinăngcủahệ.
Trongđó Q, ∆U, A là các giá trị đạisố: Q > 0: Hệnhậnnhiệtlượng
Q < 0: Hệtỏanhiệtlượng
Q

∆U > 0: Nộinăngcủahệtăng.
∆U < 0: Nộinăngcủahệgiảm.
A > 0: Hệnhậncông.
A < 0: Hệsinhcông
A.
B/ Hệthốngbàitập:
1. Mộtthanhhìnhtrụbằngđồngthaucótiếtdiện 25 cm2đượcnungnóngtừ 00C đến 1000C. Cầntácdụngvào 2 đàuthanhnhữnglựcbằngbaonhiêuđểchiềudàinóvẫnkhôngđổi?Biếthệsốnởdàicủađồngthaulàα = 18.10– 6 K-1vàsuấtđànhồi E = 9,8.1010 Pa.
ĐS: 441000 N.
2. Mộtdụngcụcó 2 thanhđồngthauvàthép, ở bấtkìnhiệtđộnnàotrongkhoảng - 1000C đến 1000C hiệuchiềudàigiữa 2 thanhđềubằng 2 cm. Tìmchiềudàicủamỗithanh ở 00C. = 18.10-6 K-1. ĐS: 3,1 cm và 5,1 cm.
3. Mộtcáixàthépcótiếtdiện 26 cm2đượcgắnchặtvào 2 bứctường. Xácđịnhlựcmàxàsẽtácdụnglêntườngnếunhiệtđộcủanótăngthêm200C .Hệsốnởdàicủathéplà 10-5 K-1vàsuấtđànhồicủanólà 2.1011 Pa.
ĐS: 105 N.
4. Mộtláđồnghìnhchữnhậtdài 60 cm, rộng 50 cm khi ở 500C.Biết hệsốnởdàicủađồnglà 17.10-6 K-1. Hỏikhinungnóngláđồngđến 6000C thìdiệntíchcủanóbằngbaonhiêu?
ĐS: 3058 cm2.
5. Người ta dùngmộtnhiệtlượngbằng 1672 kJ đểnungmộtkhốisắtcókíchthước 60 cm; 20 cm và 5 cm. Cho khốilượngriêngcủasátlà 7,8.103 kg/m3. Hệsốnởdàicủasắtlà 12.10-6K-1vànhiệt dung riêngcùasắtlà 460 J/kg.K.Hỏithểtíchcủakhốisắtthayđổinhưthếnào?
ĐS: Tăng 16,8 cm3.
6. Đemnungnóngmộtquảcầubằngđồngbánkính 5 cm từ 250C đến 1250C. Tìmđộtăngthểtíchcủaquảcầu. Biếthệsốnởdàicủađồnglà α = 1,7.10-5 K-1
ĐS: ≈ 2,67 cm3.
7. Mộtdâynhômdài2 m, tiếtdiện 8 mm2 ở nhiệtđộ 200C. Biếtsuấtđànhồivàhệsốnởdàicủadâylà E = 7.1010Pa và α = 2,3.10-5K-1.
a) Tìmlựckéo ở 2 đầudâyđểnógiãnra 0,8 mm.
b) Nếukhôngkéodâyramàmuốnnógiãn 0,8 mm thìphảităngnhiệtđộcủadâythêmbaonhiêuđộ?
ĐS: a) 224 N. b) 17,40C
8*.Mộtbăngképkimloại,làmbằngmộtlásắtvàmộtláđồngcùngbềdày a vàcùngchiềudài l0 ở nhiệtđộ 00C. Hailáđượchànvớinhau ở haiđầucókhehở 1 mm ở giữa.Băngképđượclàmnóngdến 3000C thìbánkínhtrungbìnhcủabăngngoàilà 2 m. Biếthệsốnởdàicủađồngvàcủasắtlầnlượtlà α1 = 1,7.10-5 K-1và α2 = 1,2.10-5 K-1. Tìm a.
ĐS: 1.98 mm.
9. Mộtvòngnhômcóbánkính 7,8 cm vàtrọnglượngbằng 6,9.10-2 N tiếpxúcvới dung dịchxàphòng. Muốnnângvòngrakhỏi dung dịchthìphảidùngmộtlựctốithiểulàbaonhiêu? Biếtsuấtcăngmặtngoàicủa dung dịchlà 4.10-2 N/m.
ĐS: 11.10-2 N.
10. Mộtquediêmdài 4 cm nổitrênmặtnước, nhiệtđộcủanướclà 200C. Nếuđổnhẹnướcxàphòngvềmộtphíacủaquediêmthìnóchuyểnđộng.Tínhlựclàmquediêmchuyểnđộngvàquediêmchuyểnđộngvềphíanào?Biếtsuấtcăngmặtngoàicủanướcvà dung dịchxàphònglầnlượtlà σ1 = 0,072 N/m; σ2 = 0,04 N/m.
ĐS1,3.10-3 N.