Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra lớp 8
|
CÚNG THỨC TÍNH NHIỆT LUỌNG A. KIẾN THÚC TRỌNG TÂM Nhiệt lượng của một vật thu vào để nóng lên phụ thuộc những yếu tô nào ? Nhiệt lư ong 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. Công thức tính nhiệt lượng : Công thức tính nhiệt lượng thu vào Q = m.c.At, trong đó : Q là nhiệt lượng (J), m là khối lượng của vật (kg), At là độ tăng nhiệt độ của vật (°C hoặc K), c là nhiệt dung riêng của chất làm vật (J/kg.K). 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 l°c. Lưu ý : Để tính được nhiệt lượng Q khi có sự trao đổi nhiệt (có vật toả nhiệt, vật thu nhiệt), khi công nhận sự bảo toàn nãng lượng, thì cần phải có được cả hai đại lượng Qtoả và Qthu. Song cả hai đại lượng này đều không đo được trực tiếp mà chỉ có thể khảo 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 toả nhiệt của nhiên liệu HS mới được học). Nhiệt lượng Q phụ thuộc đồng thời vào ba đại lượng c, m, At°c. 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 bài học này HS có thể cãn cứ thêm vào những kinh nghiệm vốn có 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 (ấm nước đầy và ấm nước vơi) thì thấy ấm nước đầy thu được nhiều nhiệt lượng hơn vì đun mất nhiều thời gian hơn. Đun hai lượng dầu ãn và nước có 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 tãng nhiệt độ, khối lượng m và chất làm vật. B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỚI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRONG SGK VÀ SBT Cl. Độ tăng nhiệt độ và chất làm vật được giữ giống nhau ; khối lượng khác nhau. Để tìm hiểu mối quan hệ giữa nhiệt lượng và khối lượng. C2. Khối lượng càng lớn thì nhiệt lượng vật thu vào càng lớn. C3. Phải giữ khối lượng và chất làm vật giống nhau. Muốn vậy hai cốc phải đựng cùng một lượng nước. C4. 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. C5. Độ tăng nhiệt độ càng lớn thì nhiệt lượng vật thu vào càng lớn. C6. Khối lượng không đổi, độ tăng nhiệt độ giống nhau ; chất làm vật khác nhau. C7. Nhiệt lượng vật cần thu vào để nóng lên có phụ thuộc vào chất làm vật. C8. Tra bảng để biết nhiệt dung riêng ; cân vật để biết khối lượng, đo nhiệt độ để xác định độ tăng nhiệt độ. C9. 57 000 J = 57 kJ. CIO. 663 000 J = 663 kJ. A ; 2. c. Nhiệt lượng cần để đun nóng 5 l (5 kg) nước từ 20°C lên 40°C là : Q = m.c.At = 5.4 200.20 = 420 000 J = 420 kJ Áp dụng công thức Q = m.c.At ta suy ra : m.c 10.4 200 Nhiệt lượng tối thiểu cần thiết để đun sôi nước là : Q = Qâh, + Qnước = mấnrcấnrAt + mnước-cnước-At = 0,4.880.80 + 1.4 200.80 = 28 160 + 336 000 = 364 160 J 59000 = 393 J/kg.K Nhiệt dung riêng của kim loại này được tính bằng công thức : m.At 5(50 - 20) Vậy kim loại này là đồng. Đường I : nước ; đường II: sắt; đường III : đồng. 24.7*. Nhiệt lượng đầu búa nhận được : Q = m.c.At = 12.460.20 = 110 400 J Công của búa máy thực hiện trong 1,5 phút là : A = OJ00 = l 10400.100 = 276000 J 40 40 Công suất của búa là : = 276000 = 3 067W ~ 3 kW t 90 D. 24.9.D, c. Đê’ biết chất này là gì ta có thể xác định nhiệt dung riêng của nó : c = = 4200 J/kg.K m.At 1.2 Vậy chất này là nước. a) Từ đồ thị hình 24.3 SBT, ta tính được nhiệt lượng nước nhận thêm được trong 8 phút đầu là : Q, = m.c.At, = 0,5.4 200.40 = 420 000 J = 84 000 J Nhiệt lượng nước thu vào trong một phút là : ạ = 84pọọ = ,0500J 1 8 8 Từ đồ thị hình 24.3, ta tính được nhiệt lượng nước toả ra trong 12 phút tiếp theo là : Q2 = m.c.At, = 0,5.4 200.40 = 420 000 J = 84 000 J Nhiệt lượng nước toả ra trong một phút là : q2=Ặ = 8Ị^ = 7000J 2 12 12 Trong 4 phút cuối Q3 = 0 ; q3 = 0. Năng lượng 5 / (5 kg) nước thu được từ Mặt Trời để đưa nhiệt độ của nó tăng từ 28°c lên 34°c là : Q = m.c.At = 5.4 200(34°C - 28°C) = 126 000 J = 126 kJ Ban ngày, Mật Trời truyền cho mỗi đơn vị diện tích mặt biển và đất những nhiệt lượng bằng nhau. Do nhiệt dung riêng của nước biển lớn hơn của đất nên ban ngày nước biển nóng lên chậm hơn và ít hơn đất liền. Ban đêm, cả mặt biển và đất liền đều toả nhiệt vào không gian nhưng mặt biển toả nhiệt chậm hơn và ít hơn đất liền. Vì vậy, nhiệt độ trong ngày ở các vùng gần biển ít thay đổi hơn ờ các vùng nằm sâu trong đất liền. Nhiệt lượng để đun sôi nước là : Q = Qám + Qnước = mấm-Cấm-At + mnước.cnước.At = 0,3.380.85 + 1.4 200.85 = 9 690 + 357 000 = 366 690 J. Thời gian để đun sôi nước là : t = - I2phút 14giây 500 c. BÀI TẬP BỔ SUNG 24a. Một ấm nhôm có khối lượng 400g chứa 1 ỉ nước. Tính nhiệt lượng tối thiểu cần thiết để đun sôi nước trong ấm. Cho biết nhiệt dung riêng của nhôm và của nước lần lượt là Cj = 880 J/kg.K ; c2 - 4 200 J/kg.K và nhiệt độ ban đầu của nước là 20°C. 24b. Một miếng hợp kim chì và đồng có khối lượng 100 g ở nhiệt độ 100°C. Cung cấp nhiệt, lượng 6,1 kJ cho miếng kim loại này thì nhiệt độ cuối cùng là 300°C. Bỏ qua sự mất mát nhiệt do môi trường, tìm khối lượng của mỗi kim loại trong hợp kim. Cho biết nhiệt dung riêng của chì và đồng lần lượt là 130 J/kg.K và 380 J/kg.K. Biết rằng mỗi kim loại trong hợp kim thu nhiệt một cách độc lập so với các kim loại kia. Show
I. Nhiệt lượng là gì?Nhiệt lượng có thể hiểu là phần nhiệt năng mà vật nhận được hay bị hao hụt, mất đi trong quá trình truyền nhiệt. Nhiệt lượng của một vật thu vào để có thể làm nóng lên phụ thuộc vào ba yếu tố: - Khối lượng của vật: khi khối lượng của vật càng lớn đồng nghĩa với việc nhiệt lượng của vật thu vào cũng càng lớn. -Độ tăng nhiệt độ: khi độ tăng nhiệt của vật càng lớn thì nhiệt lượng mà vật hấp thụ cũng sẽ càng lớn. -Chất cấu tạo nên vật: tùy thuộc vào mỗi chất lại có một nhiệt dung riêng khác nhau do đó, nhiệt lượng của chúng cũng khác nhau. II.Đặc điểm của nhiệt lượng- Nhiệt lượng của vật cần thu nhằm phục vụ cho quá trình làm nóng lên hoàn toàn phụ thuộc vào khối lượng của vật, độ tăng nhiệt độ của vật cùng nhiệt dung riêng của chất liệu làm nên nó. - Nhiệt lượng riêng cao: là nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng nhiên liệu trong bơm - Nhiệt lượng riêng thấp: nhiệt lượng riêng cao loại trừ nhiệt bốc hơi của nước được giải phóng và tạo ra trong cả quá trình đốt cháy mẫu nhiên liệu. - Nhiệt dung của nhiệt lượng kế: là lượng nhiệt cần thiết để đốt nóng nhiệt lượng kế lên 1oC ở điều kiện tiêu chuẩn hay còn được gọi là giá trị nước của nhiệt lượng kế. III.Nhiệt dung riêng là gì?Nhiệt dung riêng được hiểu là những nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho một đơn vị đo của lượng chất đó. Cụ thể, dùng cho đo khối lượng hay số phân tử (mol,…). Theo hệ thống đơn vị đo lường chuẩn Vật lý của Quốc tế thì nhiệt dung riêng có đơn vị đo là Joule/ kilôgam/ Kelvin hay Joule/ mol/ Kelvin (ký hiệu J.Kg-1.K-1 hay J/kKg.K)). Nhiệt dung riêng thường được dùng trong các phép tính nhiệt lượng trong quá trình gia công cho vật liệu xây dựng và phục vụ cho lựa chọn các vật liêu ở các chạm nhiệt. Bảng nhiệt dung riêng của một số chất thường được sử dụng
IV.Công thức tính nhiệt lượngCông thức tính nhiệt lượng cơ bản Công thức tính nhiệt lượng: Q = m.c.∆t Trong đó: - Q là nhiệt lượng của vật thu vào hay tỏa ra. Đơn vị tính: Jun (J) hoặc KJ. Nó cũng có thể tính bằng đơn vị calo hay kcal (1kcalo = 1000 calo và 1 calo = 4,2J) -m là khối lượng riêng của vật, được tính bằng kg -c là nhiệt dung riêng được đo bằng J/kg.K. Nhiệt dung riêng của một chất cho ta biết được nhiệt lượng cần thiết để có thể làm 1 kg chất đó tăng lên 1 độ C. -∆t là sự thay đổi của nhiệt độ hay có thể hiểu là sự biến thiên nhiệt độ ∆t = t2– t1 -Nếu ∆t > 0 thì vật tỏa ra nhiệt -Nếu ∆t < 0 thì vật thu nhiệt Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra ở trên điện trở Q = RI2t Trong đó: -Q là nhiệt lượng tỏa ra. Đơn vị tính: J -R là điện trở. Đơn vị tính: Ω -I là cường độ dòng điện. Đơn vị tính: A -t là thời gian nhiệt lượng tỏa ra V. Phương trình cân bằng nhiệt và công thức tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu1. Phương trình cân bằng nhiệt Qthu= Qtỏa Trong đó: -Qthulà tổng nhiệt lượng mà vật thu vào -Qtỏalà tổng nhiệt lượng mà vật tỏa ra 2. Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu Q = q.m Trong đó:
VI.Cân bằng nhiệt lượng trong lò hơi công nghiệp1. Phương trình cân bằng nhiệt tổng quát trong lò - Nhiệt lượng sinh ra khi ta đốt nhiên liệu trong lò hơi chính là năng lượng mà nhiên liệu và không khí mang vào: Qđv= Qnl+ Qkk - Nhiệt lượng này, một phần sẽ được sử dụng hữu ích để sinh hơi, phần nhỏ hơn bị mất đi (được gọi là tổn thất nhiệt). Qđv= Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6 Trong đó: -Q1là nhiệt lượng sử dụng hữu ích để sinh hơi (đơn vị: Kj/Kg) -Q2là lượng tổn thất nhiệt vì khói thải mang ra ngoài lò hơi (đơn vị: Kj/Kg) -Q3là lượng tổn thất nhiệt bởi việc cháy không hoàn toàn về mặt hóa học (đơn vị: Kj/Kg) -Q4là lượng tổn thất nhiệt bởi việc cháy không hoàn toàn về mặt cơ học (đơn vị: Kj/Kg) -Q5là lượng tổn thất nhiệt vì tỏa nhiệt từ mặt ngoài tường lò ra không khí xung quanh (đơn vị: Kj/Kg) -Q6là lượng tổn thất nhiệt vì xỉ nóng mang ra bên ngoài (đơn vị: Kj/Kg) - Nhiệt lượng sinh ra do việc đốt cháy nhiên liệu trong lò hơi sẽ bằng nhiệt lượng được sử dụng hữu ích để sinh hơi và phần nhiệt bị tổn thất trong suốt quá trình thực hiện. Phương trình thể hiện sự cân bằng này được gọi là phương trình cân bằng nhiệt tổng quát của lò. Qđv= Qnl+ Qkk= Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6 VII.Các dạng bài tập về công thức tính nhiệt lượngBài tập 1:Trong một bình nhôm với khối lượng 0,5 kg có chưa 4kg nước ở nhiệt độ 20oC. Người ta đã thả vào bình một miếng sắt với khối lượng 0,2 kg đã được đun nóng tới 500oC. Hãy xác định nhiệt độ của nước khi bắt đầu sự cân bằng nhiệt. Biết được nhiệt dung riêng của nhôm là 896 J/kg.K, của nước là 4,18.103J/kg.K và của sắt là 0,46.103J/kg.K Lời giải: Ta có phương trình cân bằng nhiệt (mbcb+ mncn)(t-t1) = mscs(t2-t) ⇒ t = 22,6oC Bài tập 2:Hãy tính nhiệt lượng cần để có thể đun 5kg nước từ 15oC đến 100oC trong một cái thùng sắt có khối lượng bằng 1,5kg. Được biết, nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.K và của sắt là 460 J/kg.K Lời giải: Ta có: Q = (m1c1+ m2c2)(t2-t1) = 1843650 J Bài tập 3:Với 100g chì truyền nhiệt lượng 260J thì sẽ tăng nhiệt độ từ 15oC lên 35oC. Hãy tính nhiệt dung cùng nhiệt dung riêng của chì. Lời giải: Ta có: Q = mc(t2-t1) = C(t2-t1) => C = 13J/K và c = 130J/kg.K Bài tập 4.Trộn ba loại chất lỏng không tác dụng hóa học lẫn nhau. Được biết khối lượng lần lượt là m1= 1kg, m2= 10kg và m3= 5kg, nhiệt độ và nhiệt dung riêng lần lượt cho t1= 6oc, c1= 2kJ/kg.độ, t2= -40oC, c2= 4kJ/kg.độ, t3= 60oC, c3= 2kJ.kg.độ. Hãy: a) Tính nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp b) Tìm nhiệt lượng cần để làm nóng hỗn hợp đến 6oC Lời giải: a) Phương trình cân bằng nhiệt: Q1+ Q2+ Q3= 0 => t = -19oC b) Nhiệt lượng cần để làm nóng hỗn hợp đến 6oC là: Q = (c1m1+ c2m2+ c3m3)(t-t’) = 1300kJ Bài tập 6:Một ấm điện có ghi 220 V – 1000W được dùng với hiệu điện thế 220V để đun sôi 2l nước với nhiệt độ ban đầu là 10oC. Hiệu suất đun sôi của ấm là 90%, trong đó nhiệt lượng cung cấp để có thể đun sôi nước được coi là có ích. Tính nhiệt lượng cần cung cấp để có thể đun sôi lượng nước trên, biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K a) Tính nhiệt lượng của ấm điện đã tỏa ra khi đó b) Tính thời gian cần thiết để có thể đun sôi lượng nước trên Lời giải: a) Nhiệt lượng cần cung cấp để có thể đun sôi lượng nước trên là: Qi = m.c.∆t = 4200.2.(100-20) = 672000J Khi đó nhiệt lượng mà ấm đã tỏa ra là: H = Qi/Qtp⇒ Qtp = Qi/H = 672000/(90/100) = 746700J b) Thời gian cần thiết để đun sôi được lượng nước trên là: Qtp = A = P.t⇒ t = Qtp/P = 746700/1000 ≈ 747s Bài tập 7:Thùng nhôm có khối lượng 1,2 kg đựng 4kg nước ở 90oC. Hãy tìm nhiệt lượng tỏa ra nếu nhiệt độ hạ xuống 30oC. Biết nhôm có c2= 0,92kJ.kg.độ và nước có c2= 4,186kJ/kg,độ. Lời giải: Nhiệt lượng tỏa ra khi nhiệt độ hạ xuống 30oC là: Q = Q1+ Q2= c1m1(t1-t2) + c2m2(t1-t2) = 1,07.106J Bài tập 8: Một bếp điện khi hoạt động bình thường sẽ có điện trở R = 80Ω với cường độ dòng điện chạy qua bếp khi đó là I = 2,5A. Hãy tính nhiệt lượng mà bếp đã tỏa ra trong 1 giây. Lời giải: Nhiệt lượng mà bếp đã tỏa ra trong 1 giây: Q = I2.R.t = 2,52.80.1 = 500J Bài tập 9:Một nhiệt lượng kế có chứa 2kg nước ở 15oC. Cho vào nhiệt lượng kế một quả cân vằng đồng bằng đồng thau có khối lượng là 500g ở 100oC. Hãy tìm nhiệt độ cân bằng của hệ. Vỏ nhiệt lượng kế được xem như không thu nhiệt. Biết nhiệt dung riêng của đồng là c1= 3,68.102 j/kg.độ và c2= 4,186kJ/kg.độ Lời giải: Ta có phương trình cân bằng nhiệt cho hệ: Q1+ Q2= 0 c1m1(t-t1) + c2m2(t-t2) = 0 => t = 16,8oC Bài tập 10:Một khối m = 50g hợp kim chì kẽm tại 136oC được cho vào một nhiệt lượng kế, nhiệt dung 30J/độ, có chứa 100g nước ở 14oC. Nhiệt độ cân bằng là 18oC. Tính khối lượng của chì, kẽm. Biết được nhiệt dung riêng của nước là c0= 4,2kJ/kg.độ, chì là c1= 0,13kJ/kg.độ, kẽm c2= 0,38kJ/kg,độ. Lời giải: Gọi m1, m2, m3và m0lần lượt là khối lượng của chì, kẽm, nhiệt lượng kế và nước Và lần lượt t1, t2, t3là nhiệt độ ban đầu của chì, kẽm, nhiệt lượng kế và nước. T là nhiệt độ chung của hệ khi được cân bằng Ta có phương trình cân bằng cho hệ: Q1+ Q2+ Q3+ Q0= 0 ⇔C1m1(t-t1) + c2m2(t-t2) + c3m3(t-t3) + c0m0(t-t0) = 0 Trong đó: t1= t2= 136oC; T3= T4= 14oC. c3m3= 30J/K; t = 18oC; c1= 0,13J/g.K; c2= 0,38 J/g.K; c0= 4,2J/g.K; m0= 100g => 0,13.m1(18-136) + 0,38.m2(18-136) + 30(18-14) + 4,2.100(18-14) = 0 ⇔-15,34m1– 44,84m2+ 1800 = 0 (1) Mặt khác, ta có thêm: m1+ m2= 50 (2) Từ (1) và (2) ta được: m1= 15g và m2= 35g |
