100 bài tập về nhiệt lượng - phương trình cân bằng nhiệt (có đáp án năm 2023) - Vật lí 8

Kiến thức cần nhớ

1. Nhiệt lượng

Nhiệt lượng là phần nhiệt năng mà vật nhận thêm hay mất bớt đi trong quá trình truyền nhiệt. Nhiệt lượng vật thu vào để tăng nhiệt độ từ $t_1$  đến $t_2$  tính bởi biểu thức: $Q=mc\Delta t=mc\left(t_2-t_1\right)$

Trong đó:

Ÿ Q là nhiệt lượng (J)

Ÿ c là nhiệt dung riêng của chất làm vật (J/kg.K)

2. Phương trình cân bằng nhiệt

Khi có hai vật trao đổi nhiệt với nhau:

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

2. Sự truyền nhiệt xảy ra cho tới khi nhiệt độ của hai vật bằng nhau thì ngừng lại.

3. Nhiệt lượng do vật này tỏa ra bằng nhiệt lượng do vật kia thu vào. Phương trình cân bằng nhiệt được viết dưới dạng: $Q_{toa}=Q_{thu}$

3. Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu

Trong đời sống và kĩ thuật, người ta phải đốt than, củi, dầu,… để cung cấp nhiệt lượng cho các vật liệu khác. Than, củi, dầu,… là các nhiên liệu.

Đại lượng cho biết nhiệt lượng tỏa ra khi 1 kg nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn gọi là năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu (kí hiệu là q, đơn vị là J/kg).

Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn m kg nhiên liệu được tính bằng công thức: $Q=q.m$

Trong đó: Q là nhiệt lượng tỏa ra (J).

q là năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu (J/kg).

m là khối lượng của nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn (kg).

Năng suất tỏa nhiệt của một số nhiên liệu

Các dạng bài tập

Dạng 1: Tính nhiệt lượng

Bài toán 1: Tính toán nhiệt lượng khi thay đổi nhiệt độ

Phương pháp giải

Để tính nhiệt lượng vật tỏa ra hay thu vào để thay đổi nhiệt độ, ta làm theo các bước sau:

Bước 1: Xác định các vật tỏa nhiệt hay thu nhiệt, xác định các đại lượng đề bài cho biết trong công thức tính nhiệt lượng.

Chú ý:

Ÿ Nếu bài cho đơn vị của nhiệt dung riêng là J/g.K ta cần đổi đơn vị về J/kg.K.

1 J/g.K = 1 000 J/kg.K

Ÿ Nếu bài không cho biết, khối lượng riêng của nước, ta lấy khối lượng riêng của nước là 1000 , tương ứng mỗi lít nước có khối lượng bằng 1 kg.

Ÿ Nếu có nhiều vật cùng nhận nhiệt hay tỏa nhiệt thì nhiệt lượng tổng cộng cần tính bằng tổng nhiệt lượng tính cho mỗi vật.

Bước 2: Áp dụng công thức tính nhiệt lượng, rút ra đại lượng đề bài yêu cầu tính rồi thay số.

Bài toán 2: Tính toán nhiệt lượng theo đồ thị

 Phương pháp giải

Bài toán thường cho biết đồ thị phụ thuộc nhiệt độ của một chất theo thời gian. Từ đồ thị ta đọc được các giá trị nhiệt độ đầu và cuối của các quá trình rồi tính nhiệt lượng theo công thức.

Dạng 2: Phương trình cân bằng nhiệt

Phương pháp giải

Bước 1: Xác định các vật tỏa nhiệt và các vật thu nhiệt theo nguyên tắc sau: Nhiệt năng luôn truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn. Vậy vật có nhiệt độ cao hơn là vật tỏa nhiệt, vật có nhiệt độ thấp hơn là vật thu nhiệt.

Bước 2: Tính nhiệt lượng tỏa ra và nhiệt lượng thu vào của các vật.

Bước 3: Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt và rút ra đại lượng đề bài yêu cầu tính.

 $Q_{toa}=Q_{thu}$

Dạng 3: Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu

Bài toán 1: Tính nhiệt lượng, công sinh ra khi đốt nhiên liệu

Để tính nhiệt lượng tỏa ra dùng công thức tính nhiệt lượng mà nhiên liệu tỏa ra: $Q=q.m$

Trong đó m (kg) là khối lượng của vật và q (J/kg) là năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu đó.

Chú ý:

Nếu bài có cho động cơ hoặc bếp đun có hiệu suất H, một phần nhiệt lượng do đốt cháy nhiên liệu được chuyển thành phần năng lượng có ích đúng mục đích sử dụng (sinh công A hoặc nhiệt lượng Q), một phần năng lượng bị hao phí do truyền ra môi trường bên ngoài. Công thức tính hiệu suất: $H=\frac{A}{Q}.100\%=\frac{Q_1}{Q}.100\%$

Trong đó:

A: Công cơ học của vật:

$Q_1$: Nhiệt lượng có ích vật thu vào.

Q: Nhiệt lượng do nhiên liệu tỏa ra.

Bài toán 2: Tính lượng nhiên liệu tiêu thụ

 Phương pháp giải

Các thiết bị sử dụng việc đốt nhiên liệu để sinh ra năng lượng phục vụ mục đích thường bị hao phí do tỏa nhiệt ra môi trường. Để tính lượng nhiên liệu tiêu thụ ta làm theo các bước sau:

Bước 1: Tính năng lượng có ích dùng cho mục đích sử dụng.

Bước 2: Tính nhiệt lượng mà năng lượng cần tỏa ra nhờ công thức tính hiệu suất: $Q=\frac{A}{H}.100\%=\frac{Q_1}{H}.100\%$

Trong đó: A là công có ích sinh ra,  là nhiệt lượng có ích dùng đúng mục đích sử dụng.

Bước 3: Tính khối lượng nhiên liệu tiêu thụ nhờ công thức tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu:

 $m=\frac{Q}{q}$

Bài tập tự luyện