Sách bài tập Vật Lí 8 Bài 25: Phương trình cân bằng nhiệt

Sách bài tập Vật Lí 8 Bài 25: Phương trình cân bằng nhiệt

Bài 25.1 trang 67 Sách bài tập Vật Lí 8: Người ta thả ba miếng đồng, chì có cùng khối lượng vào một cốc nước nóng. Hãy so sánh nhiệt độ cuối cùng của ba miếng kim loại trên.

A. Nhiệt độ của ba miếng bằng nhau.

B. Nhiệt độ của miếng nhôm cao nhất, rồi đến miếng đồng, miếng chì.

C. Nhiệt độ của miếng chì cao nhất, rồi đến miếng đồng, miếng nhôm.

D. Nhiệt độ của miếng đồng cao nhất, rồi đến miếng nhôm, miếng chì.

Lời giải:

Chọn A

Vì khi 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 khi nhiệt độ của ba miếng bằng nhau thì quá trình truyền nhiệt sẽ dừng lại.

Bài 25.2 trang 67 Sách bài tập Vật Lí 8: Người ta thả ba miếng đồng, chì có cùng khối lượng và cùng được đun nóng tới 100^oC vào một cốc nước lạnh. Hãy so sánh nhiệt lượng do các miếng kim loại trên truyền cho nước.

A. Nhiệt lượng của ba miếng truyền cho nước bằng nhau.

B. Nhiệt lượng của miếng nhôm truyền cho nước lớn nhất, rồi đến miếng đồng,miếng chì.

C. Nhiệt lượng của miếng chì truyền cho nước lớn nhất, rồi đến miếng đồng, miếng nhôm.

D. Nhiệt lượng của miếng đồng truyền cho nước lớn nhất, rồi đến miếng nhôm, miếng chì.

Lời giải:

Chọn B

Vì nhiệt lượng do 3 miếng kim loại tỏa ra là: Q_tỏa = m. c.Δt mà chúng có cùng khối lượng và nhiệt độ như nhau nên nhiệt dung riêng của kim loại nào lớn hơn thì nhiệt lượng của nó tỏa ra lớn hơn. C_nhôm > c_đồng > c_chì nên Q_nhôm > Q_đồng > Q_chì.

Bài 25.3 trang 67 Sách bài tập Vật Lí 8: Một học sinh thả 300g chì ở 100^oC vào 250g nước 58,5^oC làm cho nước nóng lên tới 60^oC.

a) Hỏi nhiệt độ của chì ngay khi cân bằng nhiệt?

b) Tính nhiệt lượng nước thu vào.

c) Tính nhiệt dung riêng của chì.

d) So sánh nhiệt dung riêng của chì tính được với nhiệt dung riêng của chì tra trong bảng và giải thích tại sao có sự chênh lệch. Lấy nhiệt dung riêng của nước là 4190J/kg.K

Tóm tắt:

Chì: m₁ = 300g = 0,3kg; t₁ = 100^oC

Nước: m₂ = 250g = 0,25kg; t₂ = 58,5^oC; c₂ = 4190J/kg.K

t = 60^oC

a) Khi cân bằng t_chì = t_cb = ?

b) Q_{nước thu} = Q₂ = ?

c) Tìm c_chì = c₁ = ? (J/kg.K)

d) So sánh c₁ với giá trị trong bảng? Giải thích?

Lời giải:

a) Nhiệt độ cuối cùng của chì bằng nhiệt độ cuối của nước:

Q_tỏa = Q_thu

m₁.c₁.(100 – t_{cân bằng}) = m₂.c₂.(t_{cân bằng} – 58,5)

⇒ t_{cân bằng} = 60^o

b) Nhiệt lượng nước thu vào là:

Q₂ = m₂.c₂.(t – t₂) = 0,25.4190.(60 – 58,5) = 1571,25J

c) Nhiệt lượng trên là do chì tỏa ra, do đó có thể tính được nhiệt dung riêng của chì là:

d) Chỉ gần bằng. Có sự chênh lệch này là do sự thất thoát nhiệt do truyền cho môi trường xunh quanh.

Bài 25.4 trang 67 Sách bài tập Vật Lí 8: Một nhiệt lượng kế chứa 2 lít nước ở nhiệt độ 15^oC. Hỏi nước nóng lên tới bao nhiêu độ nếu bỏ vào nhiệt lượng kế một quả cầu bằng đồng thau khối lượng 500 g được đun nóng tới 100^oC.

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.

Tóm tắt:

Nước: V_nước = 2 lít ↔ m₁ = 2kg; t₁ = 15^oC; c₁ = 4186J/kg.K

Đồng: m₂ = 500g = 0,5kg, t₂ = 100^oC; c₂ = 368J/kg.K

Tìm t = ? (^oC)

Lời giải:

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:

Q_thu = Q_tỏa ↔ Q₂ = Q₁

↔ 0,5.368.(100 – t) = 2.4186.(t – 15)

Suy ra t = 16,83^oC

Bài 25.5 trang 67 Sách bài tập Vật Lí 8: Người ta thả một miếng đồng khối lượng 600g ở nhiệt độ 100^oC vào 2,5kg nước. Nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 30^oC. Hỏi nước nóng lên thêm bao nhiêu độ, nếu bỏ qua sự trao đổi nhiệt với bình đựng nước và môi trường bên ngoài?

Tóm tắt:

Đồng: m₁ = 600g = 0,6kg; t₁ = 100^oC; c₁ = 380J/kg.K

Nước: m₂ = 2,5kg; t₂ = 30^oC; c₂ = 4200J/kg.K

Tìm Δt = ? (^oC)

Lời giải:

Nhiệt lượng đồng tỏa ra là:

Q₁ = m₁.c₁.(t₁ – t) = 380.0,6.(100 – 30)

Nhiệt lượng nước thu vào là:

Q₂ = m₂.c₂.(t – t₂) = 2,5.4200.(t – t₂)

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

Q_thu = Q_tỏa ↔ Q₂ = Q₁

↔ 380.0,6.(100 – 30) = 2,5.4200.(t – t₂)

Suy ra Δt = t – t₂ = 1, 52^oC

Bài 25.6 trang 68 Sách bài tập Vật Lí 8: Đổ 738 g nước ở nhiệt độ 15^oC vào một nhiệt lượng kế bằng đồng có khối lượng 100g, rồi thả vào đó một miếng đồng có khối lượng 200g ở nhiệt độ 100^oC. Nhiệt độ khi bắt đầu có cân bằng nhiệt là 17^oC. Tính nhiệt dung riêng của đồng, lấy nhiệt dung riêng của nước là 4186J/kg.K

Tóm tắt:

Nước: m₁ = 738g = 0,738kg; t₁ = 15^oC; c₁ = 4186J/kg.K

Đồng: m₂ = 200g = 0,2kg; t₂ = 100^oC

Nhiệt lượng kế đồng: m₃ = 100g = 0,1kg;

t_cb = 17^oC

Tìm c_đ = c₂ = ?

Lời giải:

Ban đầu nước trong nhiệt lượng kế nên nước và nhiệt lượng kế cùng có nhiệt độ ban đầu là t₁ = 15^oC. Nhiệt lượng do nước và nhiệt lượng kế thu vào là:

Q_thu = Q₁ + Q₃ = m₁.c₁.(t_cb – t₁) + m₃.c₃.(t_cb – t)

= 0,738.4186.(17 – 15) + 0,1.c₂.(17 – 15)

Nhiệt lượng do miếng đồng tỏa ra là:

Q_tỏa = m₂.c₂.(t₂ – t) = 0,2.c₂.(100 – 17)

Vì nhiệt lượng tỏa ra bằng nhiệt lượng thu vào nên: Q_thu = Q_tỏa

0,738.4186.(17 – 15) + 0,1.c₂.(17 – 15) = 0,2.c₂.(100 – 17)

Giải phương trình ta được c₂ = 376,74J/kg.K

Bài 25.7 trang 68 Sách bài tập Vật Lí 8: Muốn có 100 lít nước ở nhiệt độ 35^oC thì phải đổ bao nhiêu lít nước đang sôi vào bao nhiêu lít nước ở nhiệt độ 15^oC, lấy nhiệt dung riêng của nước là 4190J/kg.K.

Tóm tắt:

V = 100 lít nước ↔ m = 100kg; t = 35^oC;

m₁; t₁ = 15^oC; m₂; t₂ = 100^oC; c = 4190 J/kg.K

m₁ = ? (V₁ = ? lít); m₂ = ? (V₂ = ? lít)

Lời giải:

Gọi m₁ là khối lượng nước ở 15^oC và m₂ là khối lượng nước đang sôi.

Ta có: 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^oC thu vào để nóng lên 35^oC 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.

Như vậy, phải đổ 23,5 lít nước đang sôi vào 76,5 lít nước ở 15^oC để có 100 lít nước ở 35^oC.

Bài 25.8 trang 68 Sách bài tập Vật Lí 8: Thả một miếng nhôm được đun nóng vào nước lạnh. Câu mô tả nào sau đây trái với nguyên lí truyền nhiệt?

A. Nhôm truyền nhiệt cho nước tới khi nhiệt độ của nhôm và nước bằng nhau.

B.Nhiệt năng của nhôm giảm đi bao nhiêu thì nhiệt năng của nước tăng lên bấy nhiêu.

C. Nhiệt độ của nhôm giảm đi bao nhiêu thì nhiệt độ của nước tăng lên bấy nhiêu

D. Nhiệt lượng do nhôm tỏa ra bằng nhiệt lượng do nước thu vào.

Lời giải:

Chọn C

Vì sự truyền nhiệt xảy ra cho tới khi nhiệt độ của hai vật bằng nhau thì ngừng lại, nhiệt độ cuối cùng của nhôm với nước bằng nhau nên C sai.

Bài 25.9 trang 68 Sách bài tập Vật Lí 8: Câu nào sau đây nói về điều kiện truyền nhiệt giữa hai vật là đúng?

A. Nhiệt không thể truyền từ vật có nhiệt năng nhỏ sang vật có nhiệt năng lớn hơn.

B. Nhiệt không thể truyền giữa hai vật có nhiệt năng bằng nhau.

C. Nhiệt chỉ có thể truyền từ vật có nhiệt năng lớn hơn sang vật có nhiệt năng nhỏ hơn.

D. Nhiệt không thể tự truyền được từ vật có nhiệt độ thấp sang vật có nhiệt độ cao hơn.

Lời giải:

Chọn D

Vì nhiệt chỉ tự truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn nên câu D đúng.

Bài 25.10 trang 68 Sách bài tập Vật Lí 8: Hai vật 1 và 2 trao đổi nhiệt với nhau. Khi có cân bằng nhiệt thì nhiệt độ vật 1 giảm bớt Δt₁, nhiệt độ vật 2 tăng thêm Δt₂. Hỏi Δt₁ = Δt₂ trong trường hợp nào dưới đây?

A. Khi m₁ = m₂, c₁ = c₂, t₁ = t₂

B. Khi m₁ = 3/2 .m₂, c₁ = 2/3 .c₂, t₁ > t₂

C. Khi m₁ = m₂, c₁ = c₂, t₁ < t₂

D. Khi m₁ = 3/2 .m₂, c₁ = 2/3 .c₂, t₁ < t₂

Lời giải:

Chọn B.

Hai vật 1 và 2 trao đổi nhiệt với nhau. Khi có cân bằng nhiệt thì nhiệt độ vật 1 giảm bớt Δt₁ tức là vật 1 tỏa nhiệt, nhiệt độ vật 2 tăng thêm Δt₂ tức là vật 2 thu nhiệt. Do đó ban đầu t₁ > t₂.

Khi nhiệt độ cân bằng ta có phương trình cân bằng nhiệt:

Q₁ = Q₂ ⇔ m₁.c₁.Δt₁ = m₂.c₂.Δt₂

Để Δt₁ = Δt₂ thì m₁.c₁ = m₂.c₂

Ta thấy đáp án B là thỏa mãn hệ thức trên và điều kiện t₁ > t₂.

Bài 25.11 trang 69 Sách bài tập Vật Lí 8: Hai vật 1 và 2 có khối lượng m₁ = 2.m₂ truyền nhiệt cho nhau. Khi có cân bằng nhiệt thì nhiệt độ của hai vật thay đổi một lượng là Δt₂ = 2.Δt₁. Hãy so sánh nhiệt dung riêng của các chất cấu tạo nên vật.

A. c₁ = 2.c₂

B. c₁ = 1/2 .c₂

C. c₁ = c₂

D. Chưa thể xác định được vì chưa biết t₁ > t₂ hay t₁ < t₂

Lời giải:

Chọn C

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta có:

Q₁ = Q₂ ⇔ m₁.c₁.Δt₁ = m₂.c₂.Δt₂

Vậy c₁ = c₂.

Bài 25.12 trang 69 Sách bài tập Vật Lí 8: Hai quả cầu bằng đồng cùng khối lượng, được nung nóng đến cùng một nhiệt độ. Thả quả thứ nhất vào nước có nhiệt dung riêng 4200 J/kg.K, quả thứ hai vào dầu có nhiệt dung riêng 2100 J/kg.K. Nước và dầu có cùng khối lượng và nhiệt độ ban đầu.

Gọi Q_n là nhiệt lượng nước nhận được, Q_d là nhiệt lượng dầu nhận được. Khi dầu và nước nóng đến cùng một nhiệt độ thì:

A. Q_n = Q_d

B. Q_n = 2.Q_d

C. Q_n = 1/2 .Q_d

D. Chưa xác định được vì chưa biết nhiệt độ ban đầu của hai quả cầu.

Tóm tắt:

m_n = m_d = m; c_n = 4200 J/kg.K; c_d = 2100 J/kg.K

Ban đầu: t_0n = t_0d = t₀; sau cùng: t_n = t_d = t

Q_n = ? Q_d

Lời giải:

Vì nước và dầu có cùng nhiệt độ ban đầu và cùng nóng tới một nhiệt độ nên:

Δt_n = Δt_d = Δt = t - t₀

Nhiệt lượng nước nhận vào là: Q_n = m_n.c_n.Δt_n = m.Δt.4200

Nhiệt lượng dầu nhận được là: Q_d = m_d.c_d.Δt_n = m.Δt.2100

Lập tỷ số ta được:

Bài 25.13 trang 69 Sách bài tập Vật Lí 8: Dựa vào nội dung sau đây để trả lời các câu hỏi 25.13 và 25.14.

Đổ một chất lỏng có khối lượng m₁, nhiệt dung c₁ và nhiệt độ t₁ vào một chất lỏng có khối lượng m₂ = 2.m₁, nhiệt dung riêng c₂ = 1/2 .c₁ và nhiệt độ t₂ > t₁

Nếu bỏ qua sự trao đổi nhiệt giữa hai lỏng và môi trường (cốc đựng, không khí…) thì có cân bằng nhiệt, nhiệt độ t của hai chất lỏng trên có giá trị là

Lời giải:

Chọn B

Nhiệt lượng do chất lỏng 2 tỏa ra là:

Q₂ = m₂.c₂.(t₂ - t) = 2.m₁. 1/2 .c₁.(t₂ - t) = m₁.c₁.(t₂ - t)

Nhiệt lượng do chất lỏng 1 thu vào là:

Q₁ = m₁.c₁.(t - t₁)

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta có: Q₁ = Q₂ ⇔ t₂ – t = t – t₁

Bài 25.14 trang 69 Sách bài tập Vật Lí 8: Nếu không bỏ qua sự trao đổi nhiệt giữa hai chất lỏng và môi trường (cốc đựng, không khí…) thì khi có cân bằng nhiệt, nhiệt độ t của hai chất lỏng trên có giá trị là:

Lời giải:

Chọn B

Do có sự tỏa nhiệt giữa hai chất lỏng và môi trường (cốc đựng, không khí…) thì khi có cân bằng nhiệt, nhiệt độ t của hai chất lỏng trên có giá trị là:

Bài 25.15 trang 70 Sách bài tập Vật Lí 8: Một chiếc thìa bằng đồng và một chiếc thìa bằng nhôm có khối lượng và nhiệt độ ban đầu bằng nhau, được nhúng chìm vào cùng một cốc đựng nước nóng. Hỏi:

a) Nhiệt độ cuối cùng của hai thìa có bằng nhau không? Tại sao?

b) Nhiệt lượng mà hai thìa thu được từ nước có bằng nhau không? Tại sao?

Lời giải:

a) Nhiệt độ cuối cùng là nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt. Do đó nhiệt độ cuối cùng của hai thìa bằng nhau.

b) Nhiệt lượng hai thìa thu được từ nước không bằng nhau, vì độ tăng nhiệt độ của hai thìa giống nhau nhưng nhiệt dung riêng của đồng và nhôm khác nhau.

Bài 25.16 trang 70 Sách bài tập Vật Lí 8: Một nhiệt lượng kế bằng đồng khối lượng 128g chứa 240g nước ở nhiệt độ 8,4^oC. Người ta thả vào nhiệt lượng kế một miếng hợp kim khối lượng 192g được làm nóng tới 100^oC. Nhiệt độ khi cân bằng nhiệt là 21,5^oC. Biết nhiệt dung riêng của đồng là 380 J/kg.K; của nước là 4200 J/kg.K

Tính nhiệt dung riêng của hợp kim. Hợp kim đó có phải là hợp kim của đồng và sắt không? Tại sao?

Tóm tắt:

Nhiệt lượng kế: m₁ = 128g = 0,128kg; t₁ = 8,4^oC; c₁ = 380J/kg.K

Nước: m₂ = 240g = 0,24kg; t₂ = 8,4^oC; c₂ = 4200J/kg.K

Hợp kim: m₃ = 192g = 0,192kg; t₃ = 100^oC

t_{cân bằng} = t = 21,5^oC

Tìm c₃ = ?

Lời giải:

Nhiệt lượng nhiệt lượng kế và nước thu vào lần lượt là:

Q₁ = m₁.c₁.(t – t₁) = 0,128.380.(21,5 – 8,4) = 637,184J

Q₂ = m₂.c₂.(t – t₂) = 0,24.4200.(21,5 – 8,4) = 13204,8J

Nhiệt lượng miếng hợp kim tỏa ra:

Q₃ = m₃.c₃.(t₃ – t) = 0,192.c₃.(100 – 21,5) = 15,072.c₃ (J)

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

Q₃ = Q₁ + Q₂ (1)

↔ 637,184 + 13204,8 = 15,072.c₃

→ c₃ = 918J/kg.K

Hợp kim này không thể là hợp kim của đồng và sắt vì cả hai chất có nhiệt dung riêng nhỏ hơn 918J/kg.K

Bài 25.17 trang 70 Sách bài tập Vật Lí 8: Người ta bỏ một miếng hợp kim chì và kẽm khối lượng 50g ở nhiệt độ 136^oC vào một nhiệt lượng kế chứa 50g nước ở 14^oC. Biết nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt là 18^oC và muốn cho nhiệt lượng kế nóng thêm lên 1^oC thì cần 65,1J; nhiệt dung riêng của kẽm là 210J/kg.K, của chì là 130J/kg.K, của nước là 4200J/kg.K. Hỏi có bao nhiêu gam chì và bao nhiêu gam kẽm trong hợp kim?

Tóm tắt:

Hợp kim: m = 50g = 0,05kg; t₀ = 136^oC

c_chì = c₁ = 130J/kg.K; c_kẽm = c₂ = 210J/kg.K

Nước: m_n = 50g = 0,05kg; c_n = 4200J/kg.K; t_n = 14^oC

Nhiệt lượng kế: Q_k = 65,1J/K

t_{cân bằng} = t = 18^oC

Tìm m₁, m₂ = ?

Lời giải:

Gọi m₁ là khối lượng của chì, m₂ là khối lượng của kẽm, m là khối lượng của hợp kim:

m = m₁ + m₂ = 0,05kg (1)

Nhiệt lượng chì và kẽm tỏa ra:

Q₁ = m₁.c₁.(t₀ - t) = m₁.130.(136 – 18) = 15340.m₁

Q₂ = m₂.c₂.(t₀ - t) = m₂.210.(136 – 18) = 24780.m₂

Nhiệt lượng nước thu vào:

Q_n = m_n.c_n.(t - t_n) = 0,05.4200.(18 - 14) = 810J

Vì muốn cho nhiệt lượng kế nóng thêm lên 1^oC thì cần 65,1J nên nhiệt lượng kế thu vào:

Q₄ = Q_k.(t – t_n) = 65,1.(18 – 14) = 260,4J

Vì nhiệt lượng tỏa ra bằng nhiệt lượng thu vào nên: Q₃ + Q₄ = Q₁ + Q₂

↔ 15340.m₁ + 24780.m₂ = 1100,4 (2)

Từ (1), rút m₂ = 0,05 – m₁, thay vào phương trình (2), giải ra ta được:

m₁ = 0,015kg, suy ra m₂ = 0,035kg

Vậy khối lượng chì là 15 gam và khối lượng kẽm là 35 gam.

Bài 25.18 trang 70 Sách bài tập Vật Lí 8: Người ta muốn có 16 lít nước ở nhiệt độ 40^oC. Hỏi phải pha bao nhiêu lít nước ở nhiệt độ 20^oC với bao nhiêu lít nước đang sôi?

Lời giải:

Nhiệt lượng do nước lạnh thu vào: Q₁ = m₁.c₁.(40 – 20)

Nhiệt lượng do nước nóng tỏa ra: Q₂ = m₂.c₂.(100 – 40)

Do Q₁ = Q₂ và c₁ = c₂ = c_nước ⇔ 20.m₁ = 60.m₂ (1)

Mặt khác: m₁ + m₂ = 16kg (2)

Từ (1) ta rút m₂ = m₁/3, thay vào (2) giải ra ta được m₁ = 12kg. Suy ra m₂ = 4kg

Vì 1 lít nước ứng với 1kg nước nên V₁ = 12 lít và V₂ = 4 lít.

Vậy phải pha 12 lít nước ở nhiệt độ 20^oC và 4 lít ở nhiệt độ 100^oC.

Xem thêm các bài giải sách bài tập Vật Lí lớp 8 chọn lọc, chi tiết khác:

• Bài 24: Công thức tính nhiệt lượng
• Bài 26: Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu
• Bài 27: Sự bảo toàn năng lượng trông các hiện tượng cơ và nhiệt
• Bài 28: Động cơ nhiệt

Xem thêm các loạt bài Để học tốt môn Vật Lí 8 hay khác:

• Giải bài tập Vật lý 8
• Giải VBT Vật Lí 8
• Lý thuyết & 300 Bài tập Vật Lí 8 (có đáp án)
• Top 36 Đề thi Vật Lí 8 có đáp án

---