Câu hỏi: Khi nói về nội năng của một vật, nhận định nào sau đây đúng?
a) Nội năng của một vật có thể thay đổi khi có sự truyền nhiệt hoặc khi thực hiện công.
b) Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật.
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.
- A. Chỉ a đúng.
- B. Chỉ a và b đúng.
- C. Chỉ a, b và c đúng.
- D. Cả a, b, c và d đều đúng.
Đáp án đúng là B. Chỉ a và b đúng. Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích, đồng thời có thể biến đổi qua truyền nhiệt hoặc thực hiện công; hai nhận định c và d sai vì bỏ qua khối lượng, thể tích và sự khác nhau giữa nội năng với nhiệt lượng.
Vì sao a và b là hai nhận định đúng
Nội năng là tổng động năng chuyển động hỗn loạn của các phân tử cấu tạo nên vật và thế năng tương tác giữa chúng. Vì thế nội năng phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ (quyết định động năng phân tử) và thể tích (quyết định khoảng cách, tức thế năng tương tác), đúng như nhận định b nêu.
Nhận định a cũng đúng vì đó chính là hai cách làm biến đổi nội năng được ghi trong định luật I nhiệt động lực học: truyền nhiệt (không sinh công, chỉ trao đổi năng lượng do chênh lệch nhiệt độ) và thực hiện công (có lực tác dụng làm vật dịch chuyển, ví dụ nén khí trong xilanh khiến khí nóng lên). Ngoài ra, với khí lí tưởng, nội năng chỉ phụ thuộc nhiệt độ, nhưng với vật rắn, lỏng và khí thực thì vẫn phụ thuộc cả thể tích — nên b đúng trong phạm vi chương trình phổ thông.
Vì sao c và d sai
Nhận định c sai vì so sánh nội năng mà bỏ qua khối lượng và thể tích. Hai vật cùng nhiệt độ nhưng vật có khối lượng lớn hơn sẽ có nội năng lớn hơn do chứa nhiều phân tử hơn. Ngược lại, một vật nhỏ ở nhiệt độ cao hoàn toàn có thể có nội năng nhỏ hơn vật lớn ở nhiệt độ thấp hơn. Nội năng lớn hơn không suy ra được nhiệt độ cao hơn — đây là bẫy dễ nhầm nhất trong câu này.
Nhận định d sai ở nửa sau. Một vật lúc nào cũng có nội năng vì các phân tử luôn chuyển động không ngừng, nhưng nhiệt lượng không phải là đại lượng vật lí tồn tại sẵn trong vật. Nhiệt lượng chỉ là phần nội năng vật nhận thêm hay mất đi trong một quá trình truyền nhiệt, nên chỉ xuất hiện khi có quá trình đó. Vật đứng yên, không trao đổi nhiệt với bên ngoài thì không có nhiệt lượng, dù nội năng vẫn khác không.
Hệ thống kiến thức liên quan
Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ, thể tích và khối lượng (số phân tử). Có hai cách làm biến đổi nội năng, tương ứng hai dạng năng lượng trao đổi:
- Truyền nhiệt: năng lượng truyền từ vật nóng sang vật lạnh, dừng lại khi hai vật cân bằng nhiệt; phần nội năng trao đổi gọi là nhiệt lượng, đo bằng jun (J).
- Thực hiện công: có lực tác dụng và có dịch chuyển, ví dụ cọ xát hai vật, nén hoặc giãn khí; phần nội năng biến đổi gọi là công.
Cần phân biệt rõ ba khái niệm thường bị lẫn: nội năng (trạng thái, luôn có), nhiệt lượng (quá trình truyền nhiệt, chỉ có khi đang trao đổi nhiệt) và công (quá trình có lực làm dịch chuyển). Định luật I nhiệt động lực học viết gọn: ΔU = Q + A, trong đó Q là nhiệt lượng vật nhận và A là công thực hiện lên vật.
Mẹo ghi nhớ và cách nhận diện nhanh
Nhớ câu “nội năng theo nhiệt độ, thể tích, khối lượng — đổi bằng nhiệt hoặc công”. Gặp phương án nói nội năng lớn hơn thì nhiệt độ lớn hơn, loại ngay vì thiếu khối lượng. Gặp phương án nói vật luôn có nhiệt lượng, loại ngay vì nhiệt lượng gắn với quá trình chứ không gắn với trạng thái. Với dạng đề đúng/sai tổng hợp a, b, c, d, hãy xét từng ý độc lập trước rồi mới chọn tổ hợp — cách này tránh được việc một ý sai kéo theo cả phương án.
