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

Trong chương trình vật lý lớp 8 các 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 chia sẻ một phần kiến thức không thể thiếu đó là phương trình cân bằng nhiệt. Bài viết giúp các em hiểu được bản chất của phương trình cân bằng nhiệt và hướng dẫn các em giải bài tập cân bằng nhiệt sao cho hiệu quả nhất.

monkey3

Hàng triệu trẻ em đã phát triển
khả năng ngôn ngữ của mình
thông qua các ứng dụng học tập
của Monkey

Đăng ký ngay để được Monkey tư vấn miễn phí về sản phẩm và lộ trình học cho con.

Nguyên lý truyền nhiệt

Có ba đặc điểm cần tìm hiểu trong nguyên lý truyền nhiệt. Dựa vào những hiện tượng các em quan sát được trong đời sống, tự nhiên, kỹ thuật…thì thời điểm hai vật trao đổi nhiệt cho 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 tới khi 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, các em sẽ không còn thắc mắc liệu khi 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 các em nhận biết được phương trình cân bằng nhiệt một cách dễ dàng.

Nhiệt lượng là gì và công thức tính nhiệt lượng

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

Để bổ sung kiến thức phương trình cân 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.

=> Công thức tính nhiệt lượng vật thu vào:

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 cân bằng nhiệt

Phương trình cân bằng nhiệt là

Q toả ra = Q thu vào

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

=> Q toả ra = 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 cân bằng nhiệt

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

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

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

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

Bước 4: Viết phương trình cân bằng nhiệt => đại lượng cần tìm.

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 gian, nhiệt độ của quả cầu và của nước đều bằng 25 °C. Tính khối lượng nước? Coi như chỉ có 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

Ta có Qtoả = Qthu => m(nước) = Qtoả/21000 0,5 kg

Xem thêm: Giải thích công thức tính nhiệt lượng chi tiết nhất cùng bài tập thực hành (Vật Lý 8)

Giải bài tập phương trình cân bằng nhiệt Lý lớp 8

Câu 1: 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.

Đáp án: Nhiệt độ của ba miếng bằng nhau 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.

Câu 2: Một nhiệt lượng kế chứa 2 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 có 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 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°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.

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

Kết luận

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