Nhiệt lượng – Nhiệt động lực học

Chia sẻ cùng cộng đồng!

Kiến thức tổng hợp về nhiệt động lực học, các khái niệm nhiệt năng – nhiệt lượng – dẫn nhiệt- bức xạ nhiệt- nhiệt dung riêng- nội năng là gì… Các công thức tính nhiệt lượng tỏa ra, thu vào (phương trình cân bằng nhiệt – lượng)… Hướng dẫn giải các dạng bài tập liên quan.

Nhiệt lượng là gì?

Nhiệt lượng là phần nhiệt năng mà vật nhận được hay mất bớt đi trong quá trình truyền nhiệt. Đơn vị của nhiệt lượng là Jun (kí hiệu J).

Nhiệt năng là gì?

Nhiệt năng của một vật là tổng động năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Nhiệt năng của vật có thể thay đổi bằng hai cách:

  • Thực hiện công.
  • Truyền nhiệt.

Dẫn nhiệt là gì?

Nhiệt năng có thể truyền từ phần này sang phần khác của một vật, từ vật này sang vật khác bằng hình thức dẫn nhiệt. Chất rắn dẫn nhiệt tốt. Trong chất rắn, kim loại dẫn nhiệt tốt nhất. Chất lỏng và chất khí dẫn nhiệt kém.

Đối lưu là sự truyền nhiệt bằng các dòng chất lỏng và chất khí, đó là hình thức truyền nhiệt chủ yếu của chất lỏng và chất khí.

Bức xạ nhiệt là gì?

Bức xạ nhiệt là sự truyền nhiệt bằng các tia nhiệt đi theo đường thẳng. Bức xạ nhiệt có thể xảy ra cả ở trong chân không.

Công thức tính nhiệt lượng

Nhiệt lượng của một vật thu vào phụ thuộc vào những yếu tố nào?

  • Nhiệt – lượng là phần nhiệt năng mà vật nhận được hay mất bớt đi.
  • Nhiệt – lượng vật cần thu vào để nóng lên phụ thuộc vào khối lượng, độ tăng nhiệt độ của vật và nhiệt dung riêng của chất làm vật.

Công thức nhiệt lượng

Công thức tính nhiệt lượng:

Công thức tính nhiệt lượng

Công thức tính nhiệt lượng

  • Δt > 0 : vật tỏa nhiệt
  • Δt < 0 : vật thu nhiệt

Trong đó:

  • Q – là nhiệt lượng của vật (đơn vị J)
  • m – là khối lượng của vật (đơn vị kg)
  • Δt = t2 – t1 là độ tăng nhiệt độ (đơn vị °C hoặc °K)
  • C – là nhiệt dung riêng (đơn vị J/kg.K)

Nhiệt dung riêng

Nhiệt dung riêng của một chất cho biết nhiệt lượng cần thiết để làm cho 1kg chất đó tăng thêm 1°C. Bảng nhiệt dung riêng của một số chất như sau:

Bảng nhiệt dung riêng của 1 số chất

Bảng nhiệt dung riêng của 1 số chất

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 (đơn vị J).
  • q là năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu (đơn vị J/kg)
  • m – là khối lượng của nhiên liệu khi bị đốt cháy hoàn toàn được tính bằng (đơn vị kg)

Phương trình cân bằng nhiệt

Q thu = Q tỏa

Trong đó:

  • Q thu – là tổng nhiệt lượng của vật khi thu vào
  • Q tỏa – là tổng nhiệt lượng của vật khi tỏa ra

Nguyên lí truyền nhiệt

Khi có hai vật truyền nhiệt cho nhau thì:

  1. Nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn cho tới khi nhiệt độ hai vật bằng nhau.
  2. Nhiệt-lượng vật này tỏa ra bằng nhiệt lượng vật kia thu vào.

Nội năng

Nội năng là gì?

Nội năng của vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật : U = f(T, V)

Hai cách làm thay đổi nội năng là: thực hiện công hoặc truyền nhiệt.

Độ biến thiên nội năng

Độ biến thiên nội năng là phần nội năng tăng thêm hay giảm bớt đi trong một quá trình.

Các nguyên lý của nhiệt động lực học

Nguyên lí I nhiệt động lực học

Độ biến thiên nội năng của một vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được.

ΔU = A + Q

Qui ước dấu :

  • ΔU > 0: nội năng tăng; ΔU< 0: nội năng giảm.
  • A > 0: hệ nhận công; A< 0: hệ thực hiện công.
  • Q > 0: hệ nhận nhiệt; Q< 0: hệ truyền nhiệt.

Nguyên lí II nhiệt động lực học

Cách phát biểu của Clau-di-út

Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang một vật nóng hơn.

Cách phát biểu của Các-nô

Động cơ nhiệt không thể chuyển hoá tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học.

Hướng dẫn giải bài tập

Bài tập áp dụng công thức tính nhiệt lượng

Bài 1: Tính nhiệt lượng cần truyền cho 5 kg đồng để tăng nhiệt độ từ 20°C lên 50°C biết nhiệt dung riêng của đồng là 380 J/Kg.K

Hướng dẫn giải:

Áp dụng công thức tính nhiệt – lượng:

  • Nhiệt – lượng cần truyền cho 5 kg đồng để tăng nhiệt độ lên từ 20°C đến 50°C là:
  • Q = m.c.Δt = m.c.(t2 – t1) = 5308.(50- 20) = 57000(J)

Bài 2: Người ta thả một miếng đồng khối lượng 0,5 kg vào nước. Miếng đồng nguội từ 80°C xuống còn 20°C. Biết nhiệt độ ban đầu của nước là 15°C, nhiệt dung riêng của đồng là 380 J/Kg.K của nước là 4200 J/Kg.K. Tính khối lượng của nước?

Hướng dẫn giải:

Áp dụng công thức tính nhiệt lượng:

Nhiệt – lượng của miếng đồng tỏa ra để hạ nhiệt độ từ 80°c xuống 20°C, ta có:

  • Q1 = m1.c1.(t1– t) = 0,5.380.(80-20) = 11400(J)
  • Q2 = m2.c2.(t-t2) = m2.4200.( 20-15) = 21000.m2

Theo phương trình cân bằng nhiệt ta có: Q1 = Q2

  • ⇔ 11400 = 21000.m2 => m2 = 11400/21000= 0,54 (Kg)

Bài 3: Một ấm đun nước bằng nhôm có khối lượng 0,5kg chứa 1 lít nước ở 20°C. Tính nhiệt lượng cần thiết để đun sôi ấm nước, biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K, nhiệt dung riêng của nhôm là 880 J/kg.K ( bỏ qua nhiệt lượng tỏa ra môi trường).

Hướng dẫn giải:

Áp dụng công thức tính nhiệt – lượng:

  • Nhiệt – lượng cần cung cấp cho ấm: Q1 = m1.c1.(t2 – t1) = 0,5.880.80 = 35200 (J)
  • Nhiệt – lượng cần cung cấp cho nước: Q2 = m2.c2.(t2 – t1) = 1.4200.80 = 336000 (J)
  • Nhiệt – lượng cần thiết là Q = Q1 + Q2 = 35200 + 336000 = 371200 (J)

Bài 4: Trong khi làm thí nghiệm để xác định nhiệt dung riêng của chì, một học sinh thả một miếng chì khối lượng 310g được nung nóng tới 100°C vào 0,25 lít nước ở 58,5°C. Khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt thì nhiệt độ của nước và chì là 60°C.  a) Tính nhiệt lượng nước thu được (biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K.  b) Tính nhiệt dung riêng của chì.

Hướng dẫn giải:

a) Nhiệt – lượng do nước thu vào để tăng nhiệt độ từ 58,5°C lên 60°C là:

  • Q1 = m1.c1.(t-t1)= Dn.V.c1.(t-t1) = 1000.0,00025.4200.(60-58,5) = 1575J

b) Nhiệt – lượng chì tỏa ra để hạ nhiệt độ từ 100°C xuống 60°C là:

  • Q2 = m2.c2.(t1-t) = 0,31.c2.(100-60)=12,4.c2
  • Theo phương trình cân bằng nhiệt ta có: Q1 = Q2 ⇔ 1575 = 12,4.C2 => C2 = 1575/12,4 = 127,02(J/kg.k)

Bài 5: Dùng một bếp than để đun sôi 2 lít nước có nhiệt độ ban đầu 20°C đựng trong ấm nhôm có khối lượng 400g. Tính khối lượng than cần dùng. Cho biết hiệu suất của bếp than là 35%, nhiệt dung riêng của nhôm là 880J/kg.K, của nước là 4200J/kg.K, năng suất toả nhiệt của than đá là 27.106 J/kg.

Hướng dẫn giải:

Áp dụng công thức tính nhiệt – lượng:

Nhiệt – lượng mà ấm và nước thu vào là:

  • Q thu = (c1.m1 + c2.m2).Δt = ( 4200. 2 + 880. 0,4).( 100 – 20 ) = 700160 J

Vì hiệu suất của bếp là 35% nên nhiệt lượng của bếp toả ra là:

  • Q toả = (Q thu / 35).100 = 2000457 J
  • Mặt khác ta có: Q toả = q.m => m = Q toả / q = 2000457/ 27.106 = 0,074 kg.

Bài tập nhiệt động lực học

Bài 1: Người ta cung cấp nhiệt lượng 1,5J cho chất khí đựng trong 1 xi lanh đặt nằm ngang. Chất khí nở ra, đẩy pit tông đi một đoạn 5cm. Tính độ biến thiên nội năng của chất khí. Biết lực ma sát giữa pit tông và xi lanh có độ lớn là 20N.

Hướng dẫn giải:

  • Ta có: A = – F.s = – 1J.
  • Độ biến thiên nội năng của chất khí: ΔU = A + Q = 0,5 J

Kiến thức tham khảo

Kiến thức liên quan: Quá trình đẳng nhiệt – Định luật Bôi-Lơ-Ma-Ri-Ốt

Kiến thức liên quan: Quá trình đẳng tích – Định luật Sác Lơ

Kiến thức liên quan: Quá trình đẳng áp – Định luật Gay-Luyxac

Chuyên mục tham khảo: Vật lý học

Nếu các bạn có bất cứ thắc mắc vui lòng comment phía dưới hoặc Liên hệ chúng tôi!

Chúng tôi luôn sẵn sàng đem lại những giá trị tốt đẹp cho cộng đồng!

Youtobe Facebook Twitter

Leave a Reply

error: Content is protected !!