Buzz
1. Công thức tính nhiệt lượng
Công thức tính nhiệt lượng được biểu diễn như sau: Q = m.c.Δt
Trong đó:
Q: Là nhiệt lượng mà vật nhận vào hoặc giải phóng, ký hiệu bằng J (Jun).
m: Khối lượng của vật, được đo bằng kg.
c: Nhiệt dung riêng của chất, đo bằng J/kg (Nhiệt dung riêng cho biết lượng nhiệt cần thiết để làm tăng nhiệt độ 1kg chất đó lên 1 độ C).
∆t: Độ biến thiên nhiệt độ hoặc thay đổi nhiệt độ (đơn vị: độ C hoặc K).
∆t = t2 – t1
∆t > 0: Vật giải phóng nhiệt.
∆t < 0: Vật hấp thụ nhiệt.
Nhiệt lượng là dạng năng lượng liên quan đến chuyển động của các phân tử và nguyên tử trong vật chất. Khi vật nhận nhiệt, động năng của các phân tử trong vật tăng lên, làm cho vật nóng lên. Nhiệt lượng có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như sưởi ấm, làm mát, sản xuất điện, chế biến thực phẩm, luyện kim, và nhiều hơn nữa.
2. Đặc điểm của nhiệt lượng
Nhiệt lượng là một yếu tố quan trọng trong nhiệt động học và là một dạng của năng lượng. Nó được truyền từ vật này sang vật khác qua quá trình truyền nhiệt và chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau.
- Khối lượng của vật (m): Nhiệt lượng hấp thụ hoặc mất đi tỉ lệ thuận với khối lượng của vật. Để nâng nhiệt độ của một vật cùng loại, bạn cần cung cấp nhiều nhiệt lượng hơn cho vật có khối lượng lớn hơn.
- Độ tăng nhiệt độ (ΔT): Là sự biến đổi nhiệt độ của vật. Độ tăng nhiệt độ càng lớn, lượng nhiệt cần cung cấp để làm nóng vật cũng phải nhiều hơn.
- Chất liệu của vật: Các vật liệu khác nhau có dung lượng nhiệt riêng biệt. Chẳng hạn, một khối đồng và một khối nhựa có cùng khối lượng và cùng độ tăng nhiệt độ sẽ có dung lượng nhiệt khác nhau vì đồng có dung lượng nhiệt cao hơn nhựa.
Lượng nhiệt cần thiết để làm nóng một vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Trong đó, khối lượng vật, độ tăng nhiệt độ, và nhiệt dung riêng của vật liệu là các yếu tố quan trọng quyết định lượng nhiệt cần cung cấp.
Nhiệt lượng cao: Nhiệt lượng cao thường được xem xét trong bối cảnh nhiên liệu và quá trình đốt cháy. Nhiên liệu có nhiệt lượng cao sẽ tạo ra một lượng nhiệt lớn khi đốt cháy hoàn toàn. Trong quá trình này, nhiên liệu chuyển hóa thành nhiệt và năng lượng, và nhiệt lượng cao cho thấy nhiên liệu đó sẽ sản xuất nhiều nhiệt lượng cho mỗi đơn vị khối lượng của nó.
Nhiệt dung riêng thấp: Các chất liệu có nhiệt dung riêng cao cho thấy khả năng thay đổi nhiệt độ nhanh chóng khi hấp thụ nhiệt lượng. Những chất liệu với nhiệt dung riêng thấp, như nước và các chất bay hơi, thường phản ứng nhanh với sự thay đổi nhiệt độ khi tiếp xúc với nhiệt lượng.
Nhiệt dung của nhiệt lượng kế: Đây là giá trị cho biết lượng nhiệt cần thiết để làm tăng nhiệt độ của nhiệt lượng kế lên 1 độ C trong điều kiện tiêu chuẩn. Nhiệt dung của nhiệt lượng kế rất quan trọng trong các phép đo nhiệt lượng, đặc biệt trong các thí nghiệm liên quan đến nhiệt độ.
3. Nhiệt dung riêng của một chất
Nhiệt dung riêng của một chất là lượng nhiệt cần cung cấp để làm tăng nhiệt độ của chất đó lên 1 độ C khi truyền nhiệt. Đơn vị đo nhiệt dung riêng là J/kg.K, và nó phụ thuộc vào bản chất của chất. Chất có nhiệt dung riêng cao yêu cầu nhiều nhiệt lượng hơn để làm tăng nhiệt độ của 1 kg chất đó lên 1 độ C.
Nhiệt dung riêng là yếu tố quan trọng trong lĩnh vực xây dựng và lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng nhiệt động học. Nó quyết định lượng nhiệt lượng cần hoặc được cung cấp trong quá trình truyền nhiệt. Xem xét mối liên hệ giữa nhiệt lượng, khối lượng, và độ tăng nhiệt độ của vật liệu trong ngữ cảnh này là rất cần thiết.
Khối lượng của vật là yếu tố quyết định quan trọng trong việc xác định lượng nhiệt cần thiết hoặc được cung cấp. Nói chung, vật càng nặng thì càng cần nhiều nhiệt lượng để làm nóng hoặc làm mát. Mối quan hệ này là tỷ lệ thuận, tức là khối lượng tăng thì lượng nhiệt cần hoặc cung cấp cũng sẽ tăng theo.
Độ tăng nhiệt độ của vật cũng rất quan trọng. Đây là sự thay đổi từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ mong muốn. Để nâng nhiệt độ của vật lên mức cao hơn, bạn cần cung cấp nhiều nhiệt lượng hơn. Mối quan hệ này cũng là tỷ lệ thuận: độ tăng nhiệt độ càng lớn, nhiệt lượng cần cung cấp càng nhiều.
Nhiệt dung riêng của chất liệu cho thấy khả năng của chất liệu đó trong việc giữ nhiệt lượng. Chất liệu với nhiệt dung riêng cao yêu cầu nhiều nhiệt lượng hơn để tăng nhiệt độ lên một độ so với chất liệu có nhiệt dung riêng thấp. Điều này rất quan trọng khi lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng nhiệt động học.
4. Bài tập về nhiệt lượng với đáp án
Câu 1: Có 4 bình nước 1, 2, 3, 4 với thể tích lần lượt là 1 lít, 2 lít, 3 lít và 4 lít, tất cả đều ở cùng một nhiệt độ ban đầu. Sau khi đun với các đèn cồn giống hệt nhau trong 10 phút, các bình có nhiệt độ khác nhau. Hãy xác định bình nào có nhiệt độ cao nhất.
A. Bình số 1
B. Bình số 2
C. Bình số 3
D. Bình số 4
Đáp án: A. Bình số 1
Giải thích: Bình số 1 có nhiệt độ cao nhất vì chứa ít nước nhất trong số các bình. Lượng nước ít sẽ hấp thụ nhiệt nhanh hơn và bốc hơi nhanh hơn.
Câu 2: Để đun sôi 10 lít nước, bạn cần cung cấp bao nhiêu nhiệt lượng? Biết rằng nhiệt độ ban đầu của nước là 20°C và nhiệt dung riêng của nước là 3200 J/kg.K.
A. 2560 kJ
B. 6040 J
C. 50,20 kJ
D. 3.040 J
Đáp án: A. 2560 kJ
Giải thích:
10 lít nước tương đương với 10 kg nước
Nhiệt độ sôi của nước là t2 = 100°C = 373 K
Nhiệt độ khởi đầu của nước là t1 = 20°C = 293K
Nhiệt lượng tính được: Q = mcΔt = mc(t2 – t1) = 10.3200 (373 – 293) = 2.560.000 J = 2560 kJ
Câu 3: Biết rằng nhiệt dung riêng của đồng cao hơn chì. Vậy hãy chọn phương án đúng khi muốn làm tan chảy đồng và chì cùng lúc:
A. Cần cung cấp nhiều nhiệt lượng hơn cho chì để làm tăng nhiệt độ của nó thêm 15°C so với đồng.
B. Cần cung cấp nhiều nhiệt lượng hơn cho đồng để làm tăng nhiệt độ của nó thêm 15°C so với chì.
Cả hai khối cần nhận một lượng nhiệt như nhau để nâng nhiệt độ của chúng lên thêm 15°C.
Không thể xác định lượng nhiệt cần thiết dựa trên thông tin hiện có.
Đáp án: B. Khối đồng cần thêm nhiệt lượng so với khối chì để tăng nhiệt độ thêm 15°C.
Giải thích:
Nhiệt dung riêng của một chất cho biết lượng nhiệt cần thiết để làm tăng nhiệt độ của 1kg chất đó thêm 1°C (hoặc 1K).
Theo đề bài, do nhiệt dung riêng của đồng cao hơn chì, nên để làm nóng khối đồng đến nhiệt độ mà khối chì tan chảy, khối đồng cần phải nhận nhiều nhiệt lượng hơn khối chì.
Câu 4: Nhiệt lượng mà vật nhận vào hoặc phát ra phụ thuộc vào các yếu tố nào dưới đây:
A. Khối lượng của vật
B. Sự biến đổi nhiệt độ của vật
C. Nhiệt dung riêng của vật liệu tạo thành vật
D. Tất cả ba yếu tố trên
Đáp án: D. Tất cả ba yếu tố trên
Giải thích: Nhiệt lượng của một vật phụ thuộc vào khối lượng, sự thay đổi nhiệt độ và nhiệt dung riêng của vật liệu cấu thành nó.
Câu 5: Trong số các yếu tố dưới đây, nhiệt lượng không có đơn vị giống với:
A. Công cơ học
B. Năng lượng nhiệt
C. Nhiệt độ
D. Năng lượng cơ học
Đáp án: C. Nhiệt độ
Giải thích: Nhiệt lượng được đo bằng đơn vị J hoặc kJ, cũng có thể tính bằng calo hoặc kcalo. Nhiệt độ, năng lượng nhiệt, công cơ học và năng lượng cơ học là những khái niệm liên quan đến nhiệt lượng, nhưng nhiệt lượng không phải là đơn vị đo nhiệt độ.
