Kiến thức về phương trình cân bằng nhiệt Vật lý 8 (có bài tập thực hành)

Trong chương trình vật lý lớp 8 những em đều được học về nhiệt lượng là gì và cách tính nhiệt lượng vật thu vào như thế nào. Bài ngày hôm nay, Monkey sẽ tiếp tục san sớt một phần tri thức ko thể thiếu đó là phương trình thăng bằng nhiệt. Bài viết giúp những em hiểu được bản tính của phương trình thăng bằng nhiệt và hướng dẫn những em giải bài tập thăng bằng nhiệt sao cho hiệu quả nhất. 

Nguyên lý truyền nhiệt 

Mang ba đặc điểm cần tìm hiểu trong nguyên lý truyền nhiệt. Dựa vào những hiện tượng những em quan sát được trong đời sống, tự nhiên, kỹ thuật…thì thời khắc hai vật trao đổi nhiệt cho nhau thì: 

  • Nhiệt tự truyền từ vật mang nhiệt độ cao hơn sang vật mang nhiệt độ thấp hơn 

  • Sự truyền nhiệt xảy ra cho tới lúc nhiệt độ của hai vật bằng nhau thì ngừng lại 

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

Ba điểm kể trên nằm trong lý thuyết “nguyên lý truyền nhiệt". 

Hiểu được nguyên lý này, những em sẽ ko còn thắc mắc liệu lúc nhỏ một giọt nước sôi vào ca đựng nước nóng thì giọt nước truyền nhiệt cho ca nước hay ca nước truyền nhiệt cho giọt nước nữa. 

Hiểu được nguyên lý truyền nhiệt giúp những em nhận mặt được phương trình thăng bằng nhiệt một cách tiện lợi. 

Nhiệt lượng là gì và công thức tính nhiệt lượng

Tri thức về nhiệt lượng đã được Monkey tổng hợp kỹ lưỡng tại bài viết: 

Để bổ sung tri thức phương trình thăng bằng nhiệt, ta cần ôn lại nhiệt lượng và công thức tính của nó. 

Nhiệt lượng là phần nhiệt năng mà vật nhận thêm vào hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt. Nhiệt lượng thu vào phụ thuộc vào 3 yếu tố: Khối lượng vật, độ tăng nhiệt độ của vật & chất làm nên vật. 

    Q = m.c.∆t

Trong đó 

  • Q: Nhiệt lượng (J) 

  • m: Khối lượng vật (kg)

  • ∆t: Độ tăng nhiệt độ vật (Độ C hoặc độ K) 

  • c: Nhiệt dung riêng của chất làm vật (J/kg.K)

Phương trình thăng bằng nhiệt

Phương trình thăng bằng nhiệt là 

Q toả ra = Q thu vào

 

Q thu vào là nhiệt lượng vật thu vào đã được giảng giải bên trên với công thức là  Q thu vào = m.c.∆t

Chú ý: Hai công thức này giống nhau cách tính, khác nhau ở phần thay đổi nhiệt độ 

  • Với Q thu vào thì ∆t = t2 - t1 (t1 là nhiệt độ đầu, t2 là nhiệt độ cuối)

  • Với Q toả ra thì  ∆t  = t1 - t2 (t1 là nhiệt độ đầu, t2 là nhiệt độ cuối)

Phương pháp giải bài tập thăng bằng nhiệt 

Để những em giải được những bài tập thăng bằng nhiệt, chúng ta làm theo những bước dưới đây: 

Bước 1: Cần xác định được vật nào tỏa nhiệt và vật nào thu nhiệt? 

Bước 2: Viết ra sức thức tính nhiệt lượng toả ra của vật 

Bước 3: Viết công thức tính nhiệt lượng thu vào của vật 

Ví dụ: Thả một quả cầu nhôm khối lượng 0,15 kg được đun nóng tới 100°C vào một cốc nước 20 °C. Sau một thời kì, nhiệt độ của quả cầu và của nước đều bằng 25 °C. Tính khối lượng nước? Coi như chỉ mang quả cầu và nước truyền nhiệt cho nhau?

Hướng dẫn giải: Nhiệt lượng của quả cầu tỏa ra là: Qtỏa = m.c.∆t = 0,15.880. (100- 25) = 9900 (J) 

Nhiệt lượng mà nước thu vào là: Qthu = m(nước).c(nước).∆t = m(nước).4200.(25-20) = 21000m 

Giải bài tập phương trình thăng bằng nhiệt Lý lớp 8 

Câu 1: Người ta thả ba miếng đồng, chì mang cùng khối lượng vào một cốc nước nóng. Hãy so sánh nhiệt độ cuối cùng của ba miếng kim loại trên.

Đáp án: Nhiệt độ của ba miếng bằng nhau vì lúc thả ba miếng kim loại cùng khối lượng vào cốc nước nóng, thì nhiệt độ của cốc nước cao hơn sẽ truyền sang ba miếng kim loại. Và cuối cùng lúc nhiệt độ của ba miếng bằng nhau thì quá trình truyền nhiệt sẽ giới hạn lại.

Câu 2: Một nhiệt lượng kế chứa Hai lít nước ở nhiệt độ 15°C. Hỏi nước nóng lên tới bao nhiêu độ nếu bỏ vào nhiệt lượng kế một quả cầu bằng đồng thau khối lượng 500g được đun nóng tới 100°C. 

Lấy nhiệt dung riêng của đồng thau là 368J/kgK, của nước là 4186J/kgK. Bỏ qua nhiệt lượng truyền cho nhiệt lượng kế và môi trường bên ngoài.

Đáp án: Nhiệt lượng quả cầu đồng tỏa ra là:

Q2 = m2.c2.(t2 – t) = 0,5.368.(100 – t)

Nhiệt lượng nước thu vào là:

Q1 = m1.c1.(t – t1) = 2.4186.(t – 15)

Vì nhiệt lượng tỏa ra bằng nhiệt lượng thu vào nên:

Qthu = Qtỏa ↔ Q2 = Q1

↔ 0,5.368.(100 – t) = 2.4186.(t – 15)

Suy ra t = 16,83°C

Câu 3: Muốn mang 100 lít nước ở nhiệt độ 35°C thì phải đổ bao nhiêu lít nước đang sôi vào bao nhiêu lít nước ở nhiệt độ 15°C. Lấy nhiệt dung riêng của nước là 4190J/kg.K.

Đáp án: Gọi m1 là khối lượng nước ở 15°C và m2 là khối lượng nước đang sôi.

Ta mang: m1 + m2 = 100kg (1)

Nhiệt lượng m2 kg nước đang sôi tỏa ra là:

Q2 = m2.c.(t2 – t) = m2.4190.(100 - 35)

Nhiệt lượng m1 kg nước ở nhiệt độ 15°C thu vào để nóng lên 35°C là:

Q1 = m1.c.(t – t1) = m1.4190.(100 - 35)

Vì nhiệt lượng tỏa ra bằng nhiệt lượng thu vào nên: Q2 = Q1

m2.4190.(100 - 35) = m1.4190.(100 - 35) (2)

Giải hệ phương trình giữa (1) và (2) ta được:

m1 = 76,5kg và m2 = 23,5 kg.

Tương tự, phải đổ 23,5 lít nước đang sôi vào 76,5 lít nước ở 15°C để mang 100 lít nước ở 35°C.

Kết luận 

Phương trình thăng bằng nhiệt mà chúng ta được biết tới thật dễ nhớ phải ko nào? Những em chỉ cần nhớ Q toả ra = Q thu vào và công thức tính Qtoả & Qthu. Tuy nhiên một số bài tập lại ko cung ứng hết cho chúng ta yếu tố để vận dụng ngay công thức, điều đó đòi hỏi những em phải linh hoạt hơn trong việc tính toán. Vậy chúng ta cần dành thời kì để làm nhiều bài tập khác nhau, cứng cáp sẽ ko còn thấy khó khăn nữa. Monkey cảm ơn những em đã theo dõi bài viết và chúc những em học tốt bộ môn này.

Leave a Comment

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *