Phương trình cân bằng nhiệt (hay, chi tiết)

Phương trình cân bằng nhiệt (hay, chi tiết)

Với loạt bài Phương trình cân bằng nhiệt hay nhất Vật Lí lớp 8 sẽ giúp học sinh nắm vững công thức, từ đó có kế hoạch ôn tập hiệu quả để đạt kết quả cao trong các bài thi môn Vật Lí 8.

Bài viết Phương trình cân bằng nhiệt hay nhất gồm 4 phần: Định nghĩa, Công thức, Kiến thức mở rộng và Bài tập minh họa áp dụng công thức trong bài có lời giải chi tiết giúp học sinh dễ học, dễ nhớ Phương trình cân bằng nhiệt hay nhất Vật Lí 8.

                                 

1. Nguyên lí truyền nhiệt

 

Khi có hai vật truyền nhiệt (trao đổi nhiệt) với nhau thì:

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

 + Sự truyền nhiệt xảy ra cho đến khi nhiệt độ của hai vật bằng nhau thì ngừng lại (trạng thái cân bằng nhiệt).

 + Nhiệt lượng do vật này thu vào bằng nhiệt lượng do vật kia tỏa ra.

2. Phương trình cân bằng nhiệt

Khi có hai vật truyền nhiệt (trao đổi nhiệt) với nhau thì:

Phương trình cân bằng nhiệt được viết dưới dạng:

                     Q_tỏa = Q_thu, 

hay: m₁.c₁.(t – t₁) = m₂.c₂.(t₂ – t)

Trong đó: t là nhiệt độ của hai vật ở trạng thái cân bằng nhiệt.

+ Q_tỏa = m₁.c₁.Δt₁ = m₁.c₁.(t – t₁)

  Δt₁ = t – t₁: là độ giảm nhiệt độ (t > t₁).

+ Q_thu = m₂.c₂.Δt₂ = m₂.c₂.(t₂ – t)

  Δt₂ = t₂ – t: là độ giảm nhiệt độ (t₂ > t).

3. Kiến thức mở rộng

- Xác định vật toả nhiệt, vật thu nhiệt:

Nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn. Vậy ban đầu, vật có nhiệt độ cao hơn là vật toả nhiệt, vật có nhiệt độ thấp hơn là vật thu nhiệt.

- Đối với hệ có nhiều vật truyền nhiệt cho nhau thì trước hết ta phải xác định được những vật nào tỏa nhiệt và những vật nào thu nhiệt. Sau đó viết công thức tính nhiệt lượng cho từng vật tỏa nhiệt và thu nhiệt. Sau đó, áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: Tổng nhiệt lượng do các vật tỏa ra bằng tổng nhiệt lượng do các vật thu vào:  Q_{toả 1} + Q_{toả 2} +…+ Q_{toả n} = Q_{thu 1} + Q_{thu 2} +…+ Q_{thu n’}.

                             

4. Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1: Người ta thả một miếng đồng khối lượng 0,5 kg vào 500 g nước. Miếng đồng nguội đi từ 80^oC xuống 20^oC. Hỏi nước nhận được một nhiệt lượng bằng bao nhiêu và nóng lên thêm bao nhiêu độ.

Tóm tắt:

Đồng (toả nhiệt): m₁ = 0,5 kg; c₁ = 380 J/kg.K; t₁ = 80^oC

Nước (thu nhiệt):   m₂ = 500 g = 0,5 kg; c₂ = 4200 J/kg.K

Cân bằng: t = 20^oC

Q₂ = ?; Δt₂ = ?

Giải:

Nhiệt lượng nước nhận được bằng đúng nhiệt lượng do miếng đồng tỏa ra là:

Q₂ = Q₁ = m₁.c₁.(t₁ - t) = 0,5.380.(80 - 20) = 11400 (J).

Độ tăng nhiệt độ của nước là:

Ví dụ 2: 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 đồng (thu): m₁ = 128g = 0,128kg; t₁ = 8,4^oC; c₁ = 380J/kg.K

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

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

Cân bằng: t = 21,5^oC

c₃ = ?

Giải:

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

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

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

Nhiệt lượng miếng hợp kim tỏa ra là:

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

⇔ 637,184 + 13204,8 = 15,072.c₃

=> c₃ = 918 (J/kg.K)

Ta có: c_đồng = 380 J/kg.K, c_sắt = 460 J/kg.K.

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

Xem thêm các Công thức Vật Lí lớp 8 quan trọng hay khác:

• Công thức tính năng suất toả nhiệt của nhiên liệu

• Công thức tính nhiệt lượng

• Công thức tính nhiệt lượng toả ra

• Công thức tính nhiệt lượng thu vào

---