Nguyên lý I nhiệt động lực học.

$∆U=A+Q$

Bản chất toán học:

Về bản chất toán học, công của một lực chính là tích vô hướng giữa hai vectơ $\overrightarrow{F}, \overrightarrow{S}.$.

Để hiểu rõ bản chất vấn đề, xin nhắc lại bài toán tích vô hướng giữa hai vectơ.

Định nghĩa:

Khi lực $\overrightarrow{F}$  không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc $\alpha$ thì công thực hiện được bởi lực đó được tính theo công thức $A=F.S.\cos \left(\alpha \right)$

Chú thích:

$A$: công cơ học $\left(J\right)$,

$F$: lực tác dụng $\left(N\right)$.

$S$: quãng đường vật dịch chuyển $\left(m\right)$.

$\alpha$: góc tạo bởi hai vectơ $\overrightarrow{F}, \overrightarrow{S}$ $\left(deg\right)$ hoặc $\left(rad\right)$.

Biện luận:

Mối quan hệ giữa góc anpha và công do lực sinh ra.

Định nghĩa:

Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian.

Chú thích:

$A$: công cơ học $\left(J\right)$.

$t$: thời gian thực hiện công đó $\left(s\right)$.

$\mathcal{P}$: công suất $\left(W\right)$.

Định lý động năng:

Độ biến thiên động năng của vật bằng với công của ngoại lực tác dụng lên vật.

Chú thích:

$A$: công do ngoại lực tác động $\left(J\right)$.

$∆W_{đ}$: độ biến thiên động năng của vật $\left(J\right)$.

$W_{đ2}$: động năng lúc sau của vật $\left(J\right)$.

$W_{đ1}$: động năng lúc đầ của vật $\left(J\right)$.

Công thức độc lập theo thời gian:

Từ định lý động năng này, sau khi biến đổi sẽ cho ra hệ thức độc lập theo thời gian.

Ta có $A=∆W_{đ}=\frac{1}{2}m.v_2^2-\frac{1}{2}m.v_1^2$

$$\begin{gathered} \iff A=\frac{1}{2}m(v_2^2-v_1^2) \\ \iff F.s=\frac{1}{2}m(v_2^2-v_1^2) \\ \iff v^2-v_0^2=2.a.S \end{gathered}$$

Bản chất công thức độc lập theo thời gian được xây dựng từ định lý động năng.

Phát biểu: Nhiệt lượng tỏa ra ở một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn, với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn đó.

Chú thích:

$Q$: nhiệt lượng tỏa ra ở đoạn mạch $\left(J\right)$

$R$: điện trở của đoạn mạch $\left(\Omega \right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

Trong đó điện trở $R$ được tính bằng công thức: $R=\rho \frac{l}{S}$.

$R$: điện trở $\left(\Omega \right)$

$\rho$: điện trở suất $\left(\Omega m\right)$

$l$: chiều dài vật dẫn $\left(m\right)$

$S$: tiết diện ngang của vật dẫn $\left(m^2\right)$

Heinrich Lenz (1804 - 1865)

James Prescott Joule (1818 - 1889)

Phát biểu: Công suất tỏa nhiệt $\mathcal{P}$ ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của vật dẫn đó và được xác định bằng nhiệt lượng tỏa ra ở vật dẫn trong một đơn vị thời gian.

Chú thích:

$\mathcal{P}$: công suất tỏa nhiệt $\left(W\right)$

$Q$: nhiệt lượng tỏa ra của dây dẫn $\left(J\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

$R$: điện trở của vật dẫn $\left(\Omega \right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$