Công thức tính nhiệt lượng

Lý thuyết Công thức tính nhiệt lượng

Nhiệt lượng của một vật thu

A. Kiến thức trọng tâm:

1. Nhiệt lượng của một vật thu vào để nóng lên phụ thuộc những yếu tố nào ? Nhiệt lượng vật cần thu vào để nóng lên phụ thuộc khối lượng độ tăng nhiệt độ của vật và nhiệt dung riêng của chất làm vật.

2. Công thức tính nhiệt lượng:

Công thức tính nhiệt lượng thu vào Q = m . c . ∆t trong đó: Q là nhiệt lượng (J), m là khối lượng của vật (kg), ∆t là độ tăng nhiệt của vật (⁰C hoặc K), c là nhiệt dung riêng của chất làm vật (J/kg.K).

Trong đó:

Q là nhiệt lượng mà vật thu vào hoặc toả ra. Có đơn vị là Jun (J).

m là khối lượng của vật, được đo bằng kg.

c là nhiệt dung riêng của chất, được đo bằng J/kg.K

Nhiệt dung riêng của 1 chất có thể cho biết nhiệt lượng cần thiết để có thể làm cho 1kg chất đó tăng thêm 1 độ C.

∆t là độ thay đổi nhiệt độ hay nói khác là biến thiên nhiệt độ ( Độ C hoặc K )

∆t = t2 – t1

∆t > 0 : vật toả nhiệt

∆t vật thu nhiệt

Ví dụ:

Khi nói năng suất toả nhiệt của than đá là 5.10⁶ J/kg nghĩa là khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg than đá thì sẽ toả ra một lượng nhiệt là 5.10⁶.

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

Lưu ý: 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 Q_tỏa và Q_thu. 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.

PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT VÀ CÔNG THỨC TÍNH NHIỆT LƯỢNG TOẢ RA KHI ĐỐT CHÁY NHIÊN LIỆU

Phương trình cân bằng nhiệt

Q thu = Q toả

Q thu: là tổng nhiệt lượng của các vật khi thu vào.
Q tỏa: tổng nhiệt lượng của các vật khi tỏa ra.

Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu

Q = q.m

Trong đó:

Q: là nhiệt lượng tỏa ra của vật (J).
q: là năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu (J/kg)
m: là khối lượng của nhiên liệu khi bị đốt cháy hoàn toàn được tính bằng kg.

Công thức tính nhiệt năng

Những yếu tố quyết định sự nóng lên của một vật khi thu nhiệt năng vào:

Nhiệt lượng một vật thu vào để nóng lên phụ thuộc vào ba yếu tố:

– 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.

Công thức tính nhiệt năng:

Q = m . c . ∆t

Trong đó: Q là nhiệt lượng (J),

m là khối lượng của vật (kg),

∆t là độ tăng nhiệt của vật (⁰C hoặc K),

c là nhiệt dung riêng của chất làm vật (J/kg.K).

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

Phương trình cân bằng nhiệt và công thức tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu:

Phương trình cân bằng nhiệt

Q thu = Q toả
Q thu là tổng nhiệt lượng của các vật thu vào.
Q tỏa là tổng nhiệt lượng của các vật tỏa ra.
_ Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu:

Q = q.m

Q là nhiệt lượng tỏa ra(J).
q là năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu (J/kg)
m là khối lượng của nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn tính bằng kg.

NHIỆT LÀ GÌ?

Nhiệt là một dạng năng lượng dự trữ trong vật chất nhờ vào chuyển động nhiệt hỗn loạn của các hạt cấu tạo nên vật chất.

Các phân tử cấu tạo nên vật chất thường chuyển động hỗn loạn không ngừng và nhờ đó chúng có động năng.

Nhiệt năng của vật là tổng các động năng: động năng chuyển động của khối tâm của phân tử + động năng trong dao động của các nguyên tử cấu tạo nên phân tử quanh khối tâm chung + động năng quay của phân tử quanh khối tâm.

Nhiệt năng có mối quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ. Theo đó, nhiệt độ của vật càng cao thì nhiệt năng của vật càng lớn do các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động nhanh.

Nhiệt có thể trao đổi qua các quá trình bức xạ, dẫn nhiệt, đối lưu.

NHIỆT LƯỢNG LÀ GÌ?

Nhiệt lượng được hiểu là phần nhiệt năng mà vật nhận được hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt.

Nhiệt lượng của 1 vật thu vào để làm nóng lên phụ thuộc vào 3 yếu tố sau:

Khối lượng của vật: Nếu khối lượng của vật càng lớn thì nhiệt lượng của vật thu vào cũng càng lớn.
Độ tăng nhiệt độ: Nếu độ tăng nhiệt của vật càng lớn thì nhiệt lượng mà vật thu vào cũng càng lớn.
Chất cấu tạo nên vật.

Nhiệt dung riêng là gì?

Nhiệt dung riêng của một chất có vai trò vô cùng quan trọng trong công thức tính nhiệt dung riêng & nhiệt lượng.

Nhiệt dung riêng có thể hiểu là những nhiệt lượng CẦN THIẾT để cun cấp cho một đơn vị đo lượng chất đo đó. Cụ thể là khi dùng để đo khối lượng hoặc số phân tử (như Mol,…). Xét trong hệ thống đơn vị đo lường quốc tế của vật lý, thì:

Đơn vị dùng để đo nhiệt dung riêng là:

Joule/Kilogam/Kelvin

hoặc

Joule/Mol/Kelvin

hay:

J-Kg-1; J/(kg-K).

Nhiệt dung riêng thường được sử dụng trong các phép tính nhiệt lượng trong quá trình tham gia công cho vật liệu xây dựng & phục vụ cho việc lựa chọn các vật liệu trong các chạm nhiệt.

Đối với nhiệt lượng: Nhiệt lượng vật cần thu để phục vụ cho quá trình nóng lên phụ thuộc hoàn toàn vào khối lượng của vật, độ tăng nhiệt độ của vật & cả nhiệt dung riêng của chất liệu làm ra vật.

+ Với khối lượng của vật: Khối lượng vật càng lớn, nhiệt lượng vật thu vào cũng càng lớn (tỷ lệ thuận)

+ Với độ tăng của vật: Độ tăng càng cao nhiệt lượng vật thu vào càng lớn (tỷ lệ thuận)

Ngoài ra, nhiệt lượng của một chất còn phụ thuộc vào thành phần cấu tạo nên vật…

Bảng nhiệt dung riêng một vài chất thường gặp trong đời sống học sinh có thể tham khảo:

Chất	(J/kg.K)	Chất	(J/kg.K)
Nước	4200,4186,4190	Đất	800
Rượu	2500	Thép	460
Nước đá	1800	Đồng	380
Nhôm	880	Chì	130

Ví dụ: Để đun nóng 1kg rượu tăng thêm 1 độ C người ta phải cần đến 2500J lúc đó gọi 2500J là nhiệt dung riêng của rượu.

MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ NHIỆT LƯỢNG

Bài tập 1: Tính nhiệt lượng cần thiết để đun 4kg nước từ 15 độ C lên đến 100 độ C trong một cái thùng bằng sắt có khối lượng 2kg. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg và nhiệt dung riêng của sắt là 460 J/kg.

Bài tập 2: Có một bình nhôm khối lượng 1,8kg chứa 3kg nước ở nhiệt độ 30 độ C. Sau đó, người ta thả vào bình một miếng sắt có khối lượng 0,3kg đã được nung nóng tới 400 độ C. Hãy xác định nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt. Biết nhiệt dung riêng của nhôm là 896 J/kg.K ; của nước là 4,18.10^3 J/kg.K ; của sắt là 0,46.10^3 J/kg.K.

Bài tập 3: Dùng bếp than để đun sôi 3 lí nước có nhiệt độ ban đầu là 30 độ C đựng trong ấm nhôm có khối lượng 500g. Biết, hiệu suất của bếp than là 35%, nhiệt dung riêng của nhôm là 880 J/kg.K ; của nước là 4200 J/kg.K ; năng suất toả nhiệt của than đá là 27.10^6 J/kg. Hãy tính khối lượng than đá cần dùng.

Bài tập 4: Để xác định nhiệt độ của một lò nung, người ta đưa vào lò một miếng sắt có khối lượng là 22,4g. Khi miếng sắt trên có nhiệt độ bằng nhiệt độ của lò, người ta lấy ra và đồng thời ngay lập tức thả vào đó một nhiệt lượng kế có khối lượng là 300g có chứa 450g nước ở nhiệt độ 20 độ C thì nhiệt độ của nước trong nhiệt lượng kế tăng đến 23 độ C. Biết nhiệt dung riêng của sắt là 478 J/kg.K ; của chất làm nhiệt lương kế là 418 J/kg.K ; của nước là 4,18.10^3 J/kg.K. Hãy xác định nhiệt độ của lò.

Bài tập 5: Có một oto chạy được quãng đường 200km với lực kéo là 800 N và tiêu thụ hết 10 lít xăng. Biết năng suất toả nhiệt của xăng là q = 46.106 J/kg. Tính hiệu suất của động cơ oto.

Bài tập 6: Có 100g chì được truyền nhiệt lượng 270J thì tăng nhiệt độ từ 20 độ C lên 30 độ C. Hãy tính nhiệt dung và nhiệt dung riêng của chì.

Bài tập nhiệt lượng đơn giản

Bài 1: Đun nước bằng nhôm có khối lượng 0,5kg, trong đó có chứa 2 lít nước ở 250C. Nếu bạn muốn đun sôi ấm nước cần dùng đến bao nhiêu nhiệt lượng. Biết rằng nhiệt dung riêng nhôm là 880J/kg.độ, nước là 4200J/kg.độ ( Đáp số câu 1: 663 kJ).

Bài 2: Tìm nhiệt lượng cần thiết truyền vào 5 kg đồng giúp thay đổi nhiệt độ từ 20 độ C lên 50 độ C.

Giải: Dựa vào công thức tính nhiệt lượng Q=m.C.Δt

Q=5.380.(50−20)=57000(J).

Từ đó tính ra nhiệt lượng cần truyền vào 5kg đồng giúp nhiệt độ tăng từ 20 độ C lên 50 độ C sẽ là:

Q = 57000 (J) Q=57000(J)

Bài 3: Có 10 lít nước và truyền vào nước nhiệt lượng 840J. Vậy câu hỏi đặt ra là nước tăng thêm bao nhiêu độ C?

Giải: Từ công thức tính nhiệt lượng Q=m.c.Δt suy ra t=Q/m/c = 840000/10/4200= 20 độ C. Vậy truyền 840J vào 10 lít nước sẽ làm nước tăng lên 20 độ C.

Bài 4: Có một ấm làm bằng nhôm có bên trong 1 lít nước với nhiệt độ nước là 20 độ C. Tìm nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi lượng nước trong bình?

Giải: Nhiệt lượng cần có để đun sôi nước là Q = Q ấm + Q nước = 0,4. 880.80 + 1.4200.80 = 28160 + 336000 = 364160J.

Bài 5: Tìm tên kim loại biết phải cung cấp cho 5kg kim loại nguồn nhiệt lượng 59kJ để kim loại này tăng từ 20 độ C lên đến 50°c. Kim loại đó là gì?

Giải: Nhiệt dung riêng của kim loại được tính ra theo công thức: c = Q/mt= 59000/5(50-20) = 393J/kg.K. Dựa vào bảng nhiệt dung riêng mà ta sẽ biết kim loại đang được đề cập đến đó là đồng.

Bài 6: Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun 5 kg nước thay đổi nhiệt độ 15 độ C đến 100 độ C với cái thùng sắt khối lượng 1,5 kg. Biết nhiệt dung riêng nước là 4200 J/kg.K, nhiệt dung riêng của sắt là 460 J/kg.K.

Giải: Q = (m1c1 + m2c2)(t2 – t1) = 1843650 J.

Bài 7: Truyền vào 100g chì nguồn nhiệt lượng 260J,khi đó chì sẽ thay đổi nhiệt độ từ 15 độ C lên 35 độ C. Hãy tính nhiệt dung riêng của chì?

Giải: Q = mc(t2-t1) = C.(t2 – t1) Từ đó suy ra C = 13J/K và c = 130J/kg.K

LUYỆN TẬP

Bài 1: Cho vật X có khối lượng m(kg), biết rằng nhiệt dung riêng của vật là C (J/kg.⁰C) để tăng nhiệt độ từ t⁰₁C−t⁰₂C. Hãy tính nhiệt lượng cần truyền và nhiệt lượng tỏa ra.

Hướng dẫn

– Áp dụng công thức: Q=m.C.Δt

Suy ra nhiệt lượng cần truyền.

– Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: Q_thu=Q_tỏa để suy ra nhiệt lượng tỏa ra.

Bài 2: Cho 5kg đồng, hãy tính nhiệt lượng cân truyền để nhiệt độ có thể tăng từ 20⁰C−50⁰C.

Hướng dẫn

Áp dụng: Q=m.C.ΔtQ=m.C.Δt

Thay số:

m = 5kg
C = 380
Δt=50−20Δt=50−20

Kết quả thu được: 57000 (J)

Bài 3: Một siêu nước nhôm có khối lượng 0,5kg, bên trong chứa 2kg nước 250C250C. Hỏi rằng để đun sôi ấm nước lên 750C750C thì cần bao nhiêu nhiệt lượng?

Hướng dẫn

Tính nhiệt lượng truyền cho nhôm nóng lên 75⁰C: Q=m.C.Δt

Tính nhiệt lượng truyền cho nước nóng lên 75⁰C: Q=m.C.Δt

Tính nhiệt lượng cần truyền cho cả siêu nước nóng lên 75⁰C: Q=Q₁+Q₂

Bài 4: Hãy tính nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở trong vòng 30s.

Hướng dẫn

Áp dụng công thức: Q=RI²t

[1] Nhiệt lượng cấp vào bằng bao nhiêu để đun 1 ấm bằng nhôm có 1 lít nước có nhiệt độ từ 300 C lên 1000 C. (Dùng công thức Công thức: Q = m.c.∆T)
[2]Nếuấmtrà200cm3 cónhiệtđộ950 Cđượcđổvào1táchbằng sứ 250-g ở nhiệt độ ban đầu 250 C. Nhiệt độ khi cân bằng của tách trà sau khi đổ bằng bao nhiêu?