Title 17. CHUYÊN ĐỀ BỔ TRỢ (NHIỆT NĂNG).doc ✅

CHUYÊN ĐỀ BỔ TRỢ 4 NHIỆT HỌC Chương I: NHIỆT LƯỢNG – SỰ CÂN BẰNG NHIỆT A – Tóm tắt lý thuyết 1. Cấu tạo chất – Nguyên tử; phân tử. - Các chất được cấu tạo từ các hạt rất nhỏ bé gọi là nguyên tử và phân tử. - Nguyên tử - Phân tử: Nguyên tử là hạt chất nhỏ nhất; Phân tử gồm các nguyên tử kết hợp lại. - Giữa các nguyên tử và phân tử luôn có khoảng cách; các nguyên tử và phân tử luôn luôn chuyển động không ngừng. - Sự chuyển động của nguyên tử và phân tử phụ thuộc vào nhiệt độ. + Nhiệt độ càng cao thì các nguyên tử và phân tử chuyển động càng nhanh. + Nhiệt độ càng thấp thì các nguyên tử và phân tử chuyển động càng chậm. (Chuyển động này gọi là chuyển động nhiệt) - Giữa các nguyên tử và phân tử luôn luôn tồn tại lực hút và lực đẩy. Đó chính là lực liên kết giữa các nguyên tử và phân tử. 2. Nhiệt năng – Nhiệt lượng. a. Nhiệt năng: - Tổng động năng cử các phân tử cấu tạo nên vật được gọi là nhiệt năng của vật. - Nhiệt năng của vật phụ thuộc vào nhiệt độ. - Các cách làm thay đổi nhiệt năng: + Thực hiện công; + Truyền nhiệt. - Có 3 hình thức truyền nhiệt: + Dẫn nhiệt; + Đối lưu; + Bức xạ nhiệt. b. Nhiệt lượng: - Phần nhiệt năng mà vật nhận thêm về hay mất bớt đi trong quá trình truyền nhiệt gọi là nhiệt lượng của vật. - Công thức tính nhiệt lượng: Q: Là nhiệt lượng vật thu vào (J) m: Là khối lượng của vật (kg) 21()Qmctmctt Trong đó: C: Là nhiệt dung riêng của vật (J/kg.K) ∆t: là độ tăng nhiệt độ của vật ( 0 C) t 1 : là nhiệt độ ban đầu của vật ( 0 C) t 2 : là nhiệt độ cuối của vật ( 0 C) * Chú ý: - Nhiệt dung riêng (C) của vật là nhiệt lượng cần thiết để 1kg chất đó tăng thêm 1 0 C. - Công thức nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào + Nhiệt lượng của một vật thu vào đề nóng lên: Q thu = mcΔt = mc(t 2 – t 1 ) + Nhiệt lượng của một vật tỏa ra để lạnh đi: Q tỏa = mcΔt = mc(t 1 – t 2 ) Trong đó: Q thu và Q tỏa là nhiệt lượng, đơn vị là J m là khối lượng của vật, đơn vị là kg
c là nhiệt dung riêng của chất làm vật, đơn vị là J/(kg.K) Δt là độ tăng hay giảm nhiệt độ, đơn vị 0 C hoặc K t 1 , t 2  tương ứng là nhiệt độ lúc đầu và sau 3. Phương trình cân bằng nhiệt a. Nguyên lý truyền 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 hai vật bằng nhau thì dừng lại. + Nhiệt lượng do vật này tỏa ra bằng nhiệt lượng do vật kia thu vào. b. Phương trình cân bằng nhiệt: Chú ý: Q thu vào =m 1 C 1 (t-t 1 ); Q tỏa ra = m 2 C 2 (t 2 -t) Trong đó: m 1 ; C 1 ; t 1 lần lượt là khối lượng, nhiệt dung riêng và nhiệt độ ban đầu của vật thu nhiệt. m 2 ; C 2 ; t 2 lần lượt là khối lượng, nhiệt dung riêng và nhiệt độ ban đầu của vật tỏa nhiệt. t là nhiệt độ cuối cùng của hệ vật. 4. Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu: - Định nghĩa: Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu là nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu. - Kí hiêu: q; đơn vị (J/kg) - Nhiệt lượng Q tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn m (kg) nhiên liệu được tính bằng công thức. B- Bài tập áp dụng: BÀI TOÁN 1: Tính nhiệt lượng cần thiết để m(kg) chất A thay đổi nhiệt độ từ t 1 đến t 2. Phương pháp giải: - Áp dụng công thức: Q = m A C A (t 2 -t 1 ) + Nếu t 2 > t 1 . Vật thu năng lượng. - Áp dụng công thức: Q = m A C A (t 1 -t 2 ) + Nếu t 2 < t 1 . Vật toả năng lượng. + m A : khối lượng của chất A - đơn vị (kg). + C A : Nhiệt dung riêng của chất A - đơn vị J/kg.độ. + t 1 : Nhiệt độ ban đầu của vật A - đơn vị 0 C + t 2 : Nhiệt độ lúc sau của vật A - đơn vị 0 C Nhận xét bài toán 1: - Từ bài toán 1 người ta có thể yêu cầu ta tính : + Nhiệt lượng vật A toả ra hoặc vật A thu vào dựa vào nhiệt độ đầu vầ cuối + Khối lượng của vật A biết C A , Q, t 1 , t 2 + Nhiệt dung riêng của chất A (xác định chất A) biết Q, m A , t 1 , t 2 . Nếu thay chất A bằng hai hay nhiều chất (hệ chất) ta có bài toán thứ hai ví dụ như sau: BÀI TOÁN 2: Tính nhiệt lượng cần thiết cung cấp để một ấm nhôm có khối lượng m 1 (kg) đựng m 2 (kg) nước thay đổi nhiệt độ từ t 1 đến t 2 . Phương pháp giải: - Do tính chất cân bằng nhiệt độ: Q tỏa ra = Q thu vào Q=m.q
t 1 nhôm = t 1 nước và t 2 nước = t 2 nhôm - Xác định nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt độ của nhôm: Q 1 = m 1 C 1 (t 2 – t 1 ) - Xác định nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt độ của nước: Q 2 = m 2 C 2 (t 2 – t 1 ). - Nhiệt lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ của ấm nhôm đựng nước là: Q = Q 1 + Q 2 = (m 1 C 1 + m 2 C 2 ) (t 2 – t 1 ) Nhận xét bài toán 2: - Cũng giống với bài toán 1 người ta có thể yêu cầu ta tính: + Nhiệt lượng cần cung cấp cho hệ vật trên tăng từ t 1 đến t 2 . + Nhiệt lượng toả ra của hệ vật trên giảm t 1 xuống t 2 . + Tìm khối lượng, nhiệt dung riêng, độ tăng nhiệt độ của hệ chất. + Nếu hệ chất có từ 3 chất trở lên thì phương pháp giải hoàn toàn tương tự. Ví dụ 1: Người ta cung cấp 4 lít nước ở nhiệt độ t 1 = 25 0 C một nhiệt lượng bằng 919,6 kJ. Hỏi nhiệt độ của nước sau khi cung cấp nhiệt lượng là bao nhiêu? Biết nhiệt dung riêng và khối lượng riêng của nước lần lượt là c = 4180 J/kg.K và D = 10 3 kg/m 3 . Hướng dẫn: + Khối lượng của nước: m = D.V = 10 3 .0,004 = 4kg + Khi thu được nhiệt lượng Q thì nhiệt độ của nước tăng từ t 1 = 25 0 C lên t 2 . Theo công thức thu nhiệt ta có: Q = mc(t 2 - t 1 ) 919,6.10 3 = 4.4180(t 2 - 25)  t 2 = 80 0 C. Ví dụ 2: Một bếp dầu đun sôi 1,25kg nước đựng trong ấm bằng nhôm khối lượng 0,4kg thì sau thời gian t 1 = 12 phút nước sôi. Nếu dùng bếp trên để đun 2,5kg nước trong cùng điều kiện thì sau bao lâu nước sôi? Cho nhiệt dung riêng của nước và nhôm lần lượt là c 1 = 4200J/kg.K; c 2 = 880J/kg.K. Biết nhiệt do bếp dầu cung cấp một cách đều đặn. Hướng dẫn: Gọi Q 1 và Q 2 là nhiệt lượng cần cung cấp cho nước vào ấm nhôm trong hai lần đun; m 1 , m 2 là khối lượng nước trong lần đun đầu và sau, m 3 là khối lượng của ấm nhôm. + Nhiệt lượng phải cung cấp cho mỗi lần: + Do nhiệt tỏa ra một cách đều đặn, thời gian đun càng lâu thì nhiệt tỏa ra càng lớn. Nghĩa là nhiệt lượng cung cấp tỉ lệ thuận với thời gian nên: Q = k.t (với k là hằng số, t là thời gian) Áp dụng cho hai lần đun ta có:  t 2 = = 23,246 phút BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1: Một ấm nhôm có khối lượng m 1 = 500 g chứa 2 lít nước ở nhiệt độ t 1 = 25 0 C. Tính nhiệt lượng tối thiểu để đun sôi nước trong ấm. Cho biết nhiệt dung riêng của nhôm và nước lần lượt là c 1 = 880J/kg.K và c 2 = 4200J/kg.K, khối lượng riêng của nước D = 1 g/cm 3 . Bài 2: Tính nhiệt lượng mà cơ thể hấp thụ được từ nước khi uống một cốc có thể tích 200ml ở nhiệt độ 40 0 C. Biết nhiệt độ cơ thể người là 37 0 C, nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K, khối lượng riêng của nước D = 1000kg/m 3 .
Bài 3: Một bếp dầu đun sôi 1 lít nước đựng trong ấm bằng nhôm khối lượng 300 gam thì sau thời gian t 1 = 10 phút nước sôi. Nếu dùng bếp trên để đun 2 lít nước trong cùng điều kiện thì sau bao lâu nước sôi? Cho nhiệt dung riêng của nước và nhôm lần lượt là c 1 = 4200J/kg.K; c 2 = 880J/kg.K. Biết nhiệt do bếp dầu cung cấp một cách đều đặn. Khối lượng riêng của nước D = 1000kg/m 3 . Bài 4: Có một bếp dầu A, và 2 ấm nước B, C làm bằng nhôm chứa nước ở cùng một nhiệt độ. Biết khối lượng của ấm là m = 0,5 kg, của nước ở ấm B và C tương ứng là m 1 và 2m 1 . Nếu dùng bếp A để đun ấm nước B thì sao thời gian t 1 =12 (phút) nước sôi. Nếu dùng bếp A để đun ấm nước C thì sau thời gian t 2 = 20 (phút) nước sôi. Cho rằng nhiệt do bếp dầu cung cấp một cách đều đặn và việc hao phí ra môi trường không đáng kể. Cho nhiệt dung riêng của ấm nhôm và nước lần lượt là c = 880J/Kg.K và c 1 = 4200J/kg.K. Xác định m 1. Bài 5: Đun nước trong thùng bằng một dây nung nhúng trong nước có công suất 1,2 kW. Sau 3 phút nước nóng lên từ 80 0 C đến 90 0 C. Sau đó người ta rút dây nung ra khỏi nước thì thấy cứ sau mỗi phút nước trong thùng nguội đi 1,5 0 C. Coi rằng nhiệt tỏa ra môi trường một cách đều đặn. Hãy tính khối lượng nước đựng trong thùng. Bỏ qua sự hấp thụ nhiệt của thùng. Biết rằng nhiệt dung riêng của nước là c = 4200J/kg.K. Bài 6: Một thỏi đồng có khối lượng 3,5 kg và nhiệt độ 260 0 C. Sau khi nó tỏa ra một nhiệt lượng 250 kJ thì nhiệt độ của nó là bao nhiêu? Cho biết nhiệt dung riêng của đồng là 380J/kg.K. Bài 7: Tính nhiệt dung riêng của miếng kim loại A. Biết rằng phải cung cấp cho 5 kg kim loại này ở 20 0 C một nhiệt lượng 57 kJ để nóng lên đến 50 0 C, kim loại đó tên gì? Cho biết nhiệt dung riêng của một số kim loại như sau: nhôm 880J/Kg.K; thép 460J/Kg.K; đồng 380J/Kg.K; chỉ 130J/Kg.K. HƯỚNG DẪN GIẢI  Bài 1: + Đổi V = 2 lít = 0,002 m 3 , m 1 = 500g = 0,5kg và D = 1 g/cm 3 = 1000 kg/m 3 . + Khối lượng nước là: m 2 = DV = 1000.0,002 = 2kg. + Nhiệt lượng tối thiểu phải đủ cung cấp cho cả ấm và nước cùng tăng lên nhiệt độ là 100 0 C thì nước sôi. Do đó ta có: Q = (m 1 c 1 + m 2 c 2 )(t 2 – t 1 ) = 663000J = 663kJ Bài 2: + Đổi V = 200 ml = 0,2 lít = 0,2.10 -3 m 3 , và D = 1000 kg/m 3 + Khối lượng nước là: m 2 = DV = 1000.0,2.10 -3 = 0,2kg. + Nhiệt lượng mà cơ thể hấp thụ được từ nước khi uống: Q = mc(t 2 – t 1 ) = 0,2.4200.(40 – 37) = 2520J Bài 3: Gọi Q 1 và Q 2 là nhiệt lượng cần cung cấp cho nước và ấm nhôm trong hai lần đun; m 1 là khối lượng nước trong lần đầu, m 2 là khối lượng của ấm nhôm. + Vì thể tích nước tăng 2 lần nên khối lượng nước cũng tăng 2 lần. Vậy khối lượng nước đun lần 2 là 2m 1 . + Nhiệt lượng phải cung cấp cho mỗi lần: