Home Hóa học 10 Lý thuyết Công thức tính nhiệt lượng và bài tập có giải

Lý thuyết Công thức tính nhiệt lượng và bài tập có giải

27
0

CÔNG THỨC TÍNH NHIỆT LƯỢNG

Trong chương trình Vật Lý lớp 8, phần công thức tính nhiệt lượng là một trong những phần ứng dụng đến bài tập nhiều. Vậy nên các em cần phải tập trung và học thật tốt phần này nhé.

Không có dụng cụ nào để đo trực tiếp công. Để xác định công của một lực người ta phải dùng lực kế đo độ lớn của lực và dùng thước đo quảng đường dịch chuyển từ nó tới công. Tương tự như thế không có dụng cụ nào có thể đo trực tiếp nhiệt lượng. Vậy muốn xác định nhiệt lượng người ta phải làm thế nào?

1 . Nhiệt lượng – Nhiệt lượng là gì?

Theo như nội dung được ghi trong sách giáo khoa vật lý lớp 8 thì định nghĩa về nhiệt lượng được diễn giải như sau: Nhiệt lượng chính là phần nhiệt năng mà vật nhận thêm được cộng vào hay bị hao hụt, mất bớt đi.

Nhiệt năng có đơn vị tính là Jun (J) mà như định nghĩa nêu trên thì nhiệt lượng chính là nhiệt năng điều này cho ta thấy ngay được đơn vị của nhiệt lượng chính là Jun (J).

Khối lượng của vật -> Khối lượng càng lớn thì nhiệt lượng vật thu vào càng lớn.

Độ tăng nhiệt độ của vật ->Độ tăng nhiệt càng lớn thì nhiệt lượng vật thu vào càng lớn.

Chất cấu tạo nên vật.

2 . Công thức tính nhiệt lượng

Trước khi bước vào công thức tính nhiệt lượng bạn cần biết thêm về nhiệt dung riêng của một chất. Nhiệt dung riêng của một chất có vai trò rất quan trọng trong công thức tính nhiệt dung riêng.

Định nghĩa về nhiệt dung riêng chính là những nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho một đơn vị đo lượng chất đó. Cụ thể như dùng để đo khối lượng hay đo số phân tử như mol. Trong hệ thống đơn vị đo lường quốc tế của vật lý thì đơn vị dùng để đo nhiệt dung riêng là Joule trên kilôgam trên Kelvin hay Joule trên mol trên Kelvin hoặc J·kg−1·K−1 hay J/(kg·K).

Nhiệt dung riêng thường được dùng để tính toán nhiệt lượng trong quá trình gia công cho vật liệu xây dựng và phục vụ cho việc chọn lựa các vật liệu trong các chạm nhiệt.

Đối với nhiệt lượng: Thì nhiệt lượng vật cần thu vào để phục vụ cho quá trình nóng lên đều phụ thuộc vào khối lượng của vật, độ tăng nhiệt độ của vật và phụ thuộc cả vào nhiệt dung riêng của chính chất làm ra vật.

Chất lỏng

L (J/kg)
Nước

Amoniac

Rượu

Este

Thủy ngân

2,3 x 106

1,4 x 106

0,9 x 106

0,4 x 106

0,3 x 106

Đối với khối lượng của vật: Khi khối lượng của vật càng lớn thì nhiệt lượng vật thu vào càng lớn, tỷ lệ thuận với nhau.

Đối với độ tăng của vật: Khi độ tăng nhiệt càng lớn thì nhiệt lượng vật thu vào cũng càng lớn, có mối quan hệ tỷ lệ thuận với nhau.

Ngoài những điều trên thì nhiệt lượng của một chất còn phụ thuộc vào thành phần chất cấu tạo nên vật.

Ta có công thức tính nhiệt lượng:

Q = m . c . ∆t

Trong đó có:

– Q chính là nhiệt lượng với đơn vị là J.

– m chính là khối lượng của vật với đơn vị là kg.

– c chính là nhiệt dung riêng của chất tạo ra vật với đơn vị là J/kg.K

– ∆t chính là độ tăng hay giảm nhiệt độ của vật. Thường có đơn vị là 0C hoặc K.

Lưu ý khi tính nhiệt lượng:

Để tính được nhiệt lượng Q khi có sự trao đổi nhiệt (có vật tóa nhiệt, vật thu nhiệt), khi công nhận sự bảo toàn năng lượng, thì cần phải có được cả hai đại lượng Qtỏa và Qthu. Song cả hai đại lượng này đểu không đo được trực tiếp mà chỉ có thể kháo sát được qua các đại lượng trung gian (thời gian, lượng nhiên liệu tốn, những kiến thức này về sau khi học định luật Jun-len-xơ và năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu HS mới được học). Nhiệt lượng Q phu thuộc đồng thời vào ba đại lượng c, m, ∆t0C. Khi nghiên cứu sự biến đổi của Q phải xét sự biến đổi của từng đại lượng khi các đại lượng còn lại không đổi. Để có thể hiểu sâu hơn về kiến thức được học trong đời sống hàng ngày như: Khi đun cùng một siêu nước đến nhiệt độ càng cao (độ tăng nhiệt độ càng lớn) thì càng lâu, nghĩa là nhiệt lượng mà nước cần thu là càng lớn. Khi đun hai ấm nước thì thấy ấm nước đầy thu được nhiều nhiệt lượng hơn vì đun mất nhiều thời gian hơn. Đun hai lượng dầu ăn và nước có khối lượng bằng nhau tăng đến cùng một nhiệt độ thì thấy nước cần thu nhiều nhiệt lượng hơn. Từ đó ta nhận thấy, nhiệt lượng Q mà vật thu vào để nóng lên phụ thuộc vào độ tăng nhiệt độ, khối lượng m và chất làm vật.

3 . Nhiệt dung riêng của một chất

Ví dụ: Đun nóng 1kg H20 tăng lên 1 o C thì cần phải tốn 1 nhiệt lượng là 4200J. Khi đó, ta gọi: 4200 là nhiệt dung riêng của nước.

Định nghĩa nhiệt dung riêng:

Nhiệt dung riêng của một chất được định nghĩa là nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho một đơn vị đo lượng chất đó (như đơn vị đo khối lượng hay đơn vị đo số phân tử, như mol) để nó nóng lên một đơn vị đo nhiệt độ.

Trong hệ thống đo lường quốc tế, đơn vị đo của nhiệt dung riêng là Joule trên kilôgam trên Kelvin, J·kg−1·K−1 hay J/(kg·K), hoặc Joule trên mol trên Kelvin.

Người ta sử dụng nhiệt dung riêng để tính toán nhiệt lượng khi gia công nhiệt cho vật liệu xây dựng và lựa chon vật liệu trong các trạm nhiệt.

Nhiệt dung riêng của một chất cho biết nhiệt lượng cần thiết để làm cho 1 kg chất đó tăng thêm 10C

Dưới đây là bảng nhiệt dung riêng của một số chất thường gặp:

Chất

Nhiệt dung riêng

(J/kg.K)

Chất Nhiệt dung riêng

(J/kg.K)

Nước

4200 Đất 800
Rượu 2500 Thép

460

Nước đá

1800 Đồng

380

Nhôm 880 Chì

130

4 . Bài tập áp dụng công thức tính nhiệt lượng

Bài 1: Khi ta cần đun nóng 5 l nước từ 30°C lên 45°C cần bao nhiêu nhiệt lượng?

Giải:

Áp dụng công thức tính nhiệt lượng

Ta có

Q = mc∆t = 5. 4200. 20 = 420 000 J tương đương bằng với 420 kJ

Vậy ta có thể trả lời như sau để đun nóng 5 l nước từ 30°C lên 45°C cần 420kJ

Bài 2: Được cung cấp cho 12 lít nước với một nhiệt lượng đo được là 840kJ. Hỏi từ lức nước bình thường cho đến lúc nóng lên tăng thêm bao nhiêu độ?

Giải:

Ta có:

Áp dụng công thức tính nhiệt lượng vào giải bài tập

Ta có kết luộn như sau: Từ lúc nước ban đầu cho đến lúc tăng nhiệt độ lên chênh nhau 25°C.

Bài 3: Một ấm nhôm chứa 1 lít nước và chứa được khối lượng 400g. Để đun sôi nước cần tối thiểu nhiệt lượng là bao nhiêu, biết được nhiệt độ ban đầu của nước và ấm là 25°C.

Giải

Áp dụng công thức tính nhiệt lượng

Ta có

Q = Q ấm + Q nước = 0,4.880.80 + 1.4200.80 = 28166 + 336000 = 364160J

Vậy nhiệt lượng tối thiểu để đun sôi nước là 364160J.

Bài C1 trang 84 SGK Vật lý 8:

Trong thí nghiệm trên, yếu tố nào ở hai cốc được giữ giống nhau, yếu tố nào được thay đồi ? Tại sao phải làm như thế ? Hãy tìm số thích hợp cho các ô trống ở hai cột cuối bảng 24.1. Biết nhiệt lượng ngọn lửa đèn cồn truyền cho nước tỉ lệ với thời gian đun.

Giải:

– Yếu tố ở hai cốc được giữ giống nhau là : Độ tăng nhiệt độ và chất (nước). Yếu tố được thay đổi là : Khối lượng.

– Làm như vậy để tìm hiểu mối quan hệ giữa nhiệt lượng và khối lượng.

– Bảng 24.1 :

Chất Khối lượng Độ tăng nhiệt độ Thời gian đun So sánh khối lượng So sánh nhiệt lượng
Cốc 1 Nước 50g ∆to1 = 200C t1 = 5 phút m1 = ½ m2

Q1 = ½ Q2

Cốc 2

Nước 100g ∆to2 = 200C

t1 = 10 phút

Bài C2 trang 84 SGK Vật lý 8:

Từ thí nghiệm trên có thể kết luận gì về mối quan hệ giữa nhiệt lượng vật cần thu vào để nóng lên và khối lượng của vật ?

Giải:

Khối lượng càng lớn thì nhiệt lượng vật thu vào càng lớn.

Bài C3 trang 84 SGK Vật lý 8:

Trong thí nghiệm này phải giữ không đổi những yếu tố nào ? Muốn vậy phải làm thế nào ?

Giải:

Phải giữ khối lượng và chất làm vật giống nhau. Muốn vậy hai cốc phải đựng cùng một lượng nước

Bài C4 trang 84 SGK Vật lý 8:

Trong thí nghiệm này phải thay đổi yếu tố nào ? Muốn vậy phải làm thế nào ?

Sau đây là bảng kết quả thí nghiệm làm với hai cốc, mỗi cốc đựng 50g nước, được lần lượt đun nóng bằng đèn cồn trong 5 phút, 10 phút (H.24.2). Hãy tìm số thích hợp cho các ô trống ở hai cột cuối bảng 24.2.

Chất Khối lượng Độ tăng nhiệt độ Thời gian đun So sánh khối lượng So sánh nhiệt lượng
Cốc 1 Nước 50g ∆to1 = 200C t1 = 5 phút ∆t1 =… ∆t 2

Q1 = … Q2

Cốc 2

Nước 50g ∆to2 = 400C

t1 = 10 phút

Giải:

– Phải cho độ tăng nhiệt độ khác nhau. Muốn vậy phải để cho nhiệt độ cuối của 2 cốc khác nhau bằng cách cho thời gian đun khác nhau.

– Bảng 24.2

Chất

Khối lượng Độ tăng nhiệt độ Thời gian đun So sánh khối lượng

So sánh nhiệt lượng

Cốc 1

Nước 50g ∆to1 = 200C t1 = 5 phút ∆t1 = ½ ∆t 2 Q1 = ½ Q2

Cốc 2

Nước 50g ∆to2 = 400C

t1 = 10 phút

 Bài C5 trang 84 SGK Vật lý 8:

Từ thí nghiệm trên có thể rút ra kết luận gì về mối quan hệ giữa nhiệt lượng vật thu vào để nóng lên và độ tăng nhiệt độ ?
Giải:

Độ tăng nhiệt độ càng lớn thì nhiệt lượng vật thu vào càng lớn.

Bài C6 trang 84 SGK Vật lý 8:

Trong thí nghiệm này những yếu tố nào thay đổi, không thay đổi ?

Giải:

– Khối lượng và độ tăng nhiệt độ giống nhau.

– Chất làm vật thay đổi.

Bài C7 trang 84 SGK Vật lý 8:

Nhiệt lượng vật cần thu vào để nóng lên có phụ thuộc chất làm vật không ?

Giải:

Nhiệt lượng vật cần thu vào để nóng lên có phụ thuộc vào chất làm vật.

Bài C8 trang 84 SGK Vật lý 8:

Muốn xác định nhiệt lượng vật thu vào cần tra bảng để biệt độ lớn của đại lượng nào và đo độ lớn của những đại lượng nào, bằng những dụng cụ nào ?

Giải:

Tra bảng để biết nhiệt dung riêng; cân vật để biết khối lượng, đo nhiệt độ bằng nhiệt kế để xác định độ tăng nhiệt độ.

Bài C9 trang 84 SGK Vật lý 8:

Tính nhiệt lượng cần truyền cho 5kg đồng để tăng nhiệt độ từ 200C lên 500C.

Giải:

Nhiệt lượng cần truyền cho 5kg đồng để tăng nhiệt độ từ 20

0C lên 500C là:

Q = m . c . (t2 – t1) = 5380 . (50-20) = 57000 (J) = 57 (kJ)
Bài C10 trang 84 SGK Vật lý 8:

Một ấm đun nước bằng nhôm có khối lượng 0,5 kg chứa 2 lít nước ở 25

0C. Muốn đun sôi ấm nước này cần một nhiệt lượng bằng bao nhiêu ?

Giải:

– Khi nước sôi thì nhiệt độ của ấm và của nước đều bằng 1000C.

– Nhiệt lượng nước cần thu vào để nước nóng lên 1000C là:

Q1 = m1.c1.Δt = 2.4200.(100 – 25) = 630000 J = 630 (kJ)

– Nhiệt lượng ấm cần thu vào để ấm nóng lên 1000C là:

Q2 = m2.c2.Δt = 0,5.880.(100 – 25) = 33000 J = 33 (kJ)

– Nhiệt lượng tổng cộng cần cung cấp là : Q = Q1 + Q= 630 + 33 = 663 kJ.


Trên đây là toàn bộ kiến thức liên quan đến Công thức tính nhiệt lượng và bài tập áp dụng  công thức tính nhiệt lượng mà bạn có thể tham khảo, bổ trợ tốt nhất cho việc học phần này của giúp các bạn hiểu sâu kiến thức hơn.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here