Lý 8 Bài 25: Phương trình cân bằng nhiệt

• Nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.

• Sự truyền nhiệt xảy ra cho tới khi nhiệt độ của 2 vật bằng nhau.

• Nhiệt lượng do vật này toả ra bằng nhiệt lượng do vật kia thu vào.

Ví dụ: Thả một thỏi kim loại đã được nung nóng vào một bể nước, ban đầu nhiệt độ của thỏi kim loại lớn hơn nhiệt độ của nước nên có sự trao đổi nhiệt: Thanh kim loại tỏa nhiệt và giảm nhiệt độ còn nước thu nhiệt để tăng nhiệt độ. Khi nhiệt độ của thanh kim loại và của nước ngang bằng nhau thì quá trình truyền nhiệt kết thúc.

Công thức: Q_tỏa  = Q_thu

Trong đó: \(Q=m.C.\Delta t\)

\(\Delta t=t_2-t_1\)

Qtoả = m1.C1.(t1 – t2)

Qthu = m2.C2.(t2 – t1)

⇒ \(m_1.C_1.(t_1-t)=m_2.C_2.(t-t_2)\)

Để xác định nhiệt dung riêng của một kim loại, người ta bỏ vào nhiệt lượng kế chứa 500 g nước ở nhiệt độ 13⁰C một miếng kim loại có khối lượng 400 g được nung nóng tới 100⁰C. Nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt là 20⁰C. Tính nhiệt dung riêng của kim loại. Bỏ qua nhiệt lượng làm nóng nhiệt lượng kế và không khí. Lấy nhiệt dung riêng của nước là 4190 J/kg.K

Hướng dẫn giải:

• Nhiệt lượng miếng kim loại tỏa ra:

\(Q_1= m_1.c_1.(t_1-t_2)= 0,4.c.(100-20)\)

• Nhiệt lượng nước thu vào:

\(Q_2= m_2.c_2.(t-t_2)= 0,5.4190.(20-13)\)

• Nhiệt lượng tỏa ra bằng nhiệt lượng thu vào:

\(Q_{thu}= Q_{toa} \Rightarrow\) \(0,4.c.(100-20)\)\(=0,5.4190.(20-13)\)

⇒ c = 458 J/kg.K

Vậy, kim loại này là thép.

Người ta thả một miếng đồng khối lượng 0,5 kg vào 500 g nước. Miếng đồng nguội đi từ 80⁰C xuống 20⁰C. Hỏi nước nhận được một nhiệt lượng bằng bao nhiêu và nóng lên thêm bao nhiêu độ?

Hướng dẫn giải:

Nhiệt lượng nước nhận được bằng nhiệt lượng do miếng đồng tỏa ra:

\(Q=m_1.C_1.(t_1-t_2)=0,5.380.(80-20)=11400(J)\)

Nước nóng thêm lên:

∆t = Q/m₂.c₂ 

⇒ ∆t = \(\frac{11 400}{0,5.4 200}=5,43^oC\) 

Nhiệt lượng nước nhận được bằng nhiệt lượng: \(Q= 11400(J)\).

Nước nóng thêm lên: ∆t = \(5,43^oC\).

Câu 1: Người ta thả một miếng đồng khối lượng 0,5 kg vào 500 g nước. Miếng đồng nguội đi từ 80°C xuống 20°C. Hỏi nước nóng lên thêm bao nhiêu độ? Biết nhiệt dung riêng của đồng là 380 J/kg.K, của nước là 4200 J/kg.K.

Câu 2: Trộn ba chất lỏng không có tác dụng hóa học với nhau có khối lượng lần lượt là m₁ = 2 kg, m₂ = 3 kg, m₃ = 4 kg. Biết nhiệt dung riêng và nhiệt độ của chúng lần lượt là c₁ = 2000 J/kg.K, t₁ = 57°C, c₂ = 4000 J/kg.K, t₂ = 63°C, c₃ = 3000 J/kg.K, t₃ = 92°C. Nhiệt độ hỗn hợp khi cân bằng là bao nhiêu?

Câu 3:  Trộn lẫn rượu vào nước, người ta thu được một hỗn hợp nặng 120,8 g ở nhiệt độ t = 30°C. Tính khối lượng nước và rượu đã pha biết rằng ban đầu rượu có nhiệt độ t₁ = 10°C và nước có nhiệt độ t₂ = 90°C. Nhiệt dung riêng của rượu và nước lần lượt là c₁ = 2500 J/kg.K, c2 = 4200 J/kg.K.

Câu 4: Thả một quả cầu nhôm khối lượng 0,15 kg được đun nóng tới 100°C vào một cốc nước ở 20°C. Sau một thời gian, nhiệt độ của quả cầu và của nước đều bằng 25°C. Coi quả cầu và nước chỉ truyền nhiệt cho nhau. Biết nhiệt dung riêng của nhôm và nước là 800 J/kg.K, 4200 J/kg.K. Khối lượng của nước là bao nhiêu?

Câu 1: Đổ 5 lít nước ở 20°C vào 3 lít nước ở 45°C. Nhiệt độ khi cân bằng là:

A. 2,94°C         B. 293,75°C         C. 29,36°C         D. 29,4°C

Câu 2: Điều nào sau đây đúng với nguyên lý truyền nhiệt:

A. Nhiệt tự truyền từ vật có nhiệt độ thấp hơn sang vật có nhiệt độ cao hơn.

B. Nhiệt tự truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.

C. Nhiệt truyền từ vật có nhiệt dung riêng cao hơn sang vật có nhiệt dung riêng thấp hơn.

D. Nhiệt truyền từ vật có nhiệt dung riêng thấp hơn sang vật có có nhiệt dung riêng cao hơn.

Câu 3: Thả một miếng thép 2 kg đang ở nhiệt độ 345°C vào một bình đựng 3 lít nước. Sau khi cân bằng nhiệt độ cuối cùng là 30°C. Bỏ qua sự tỏa nhiệt qua môi trường. Biết nhiệt dung riêng của thép, nước lần lượt là 460 J/kg.K, 4200 J/kg.K. Nhiệt độ ban đầu của nước là:

A. 7°C         B. 17°C         C. 27°C         D. 37°C

Câu 4: Người ta muốn pha nước tắm với nhiệt độ 38°C. Phải pha thêm bao nhiêu lít nước sôi vào 15 lít nước lạnh ở 24°C?

A. 2,5 lít         B. 3,38 lít         C. 4,2 lít         D. 5 lít

Qua bài giảng Phương trình cân bằng nhiệt này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Phát biểu được 3 nội dung của nguyên lý truyền nhiệt.

• Viết được phương trình cân bằng nhiệt cho trường hợp có 2 vật trao đổi nhiệt với nhau.

• Giải được các bài toán đơn giản về trao đổi nhiệt giữa 2 vật. Vận dụng được công thức tính nhiệt lượng.