1. Hệ thức tính nhiệt lượng:

Trong đời sống, khi muốn làm nóng hoặc làm lạnh một vật, chúng ta phải cung cấp hoặc lấy đi một lượng nhiệt. Lượng nhiệt này phụ thuộc vào ba yếu tố chính:

Khối lượng của vật – Vật có khối lượng càng lớn thì cần nhiều nhiệt hơn để thay đổi nhiệt độ.

Độ tăng (hoặc giảm) nhiệt độ của vật – Muốn thay đổi nhiệt độ càng nhiều thì cần truyền nhiệt càng nhiều.

Tính chất của chất làm vật – Mỗi chất khác nhau sẽ cần lượng nhiệt khác nhau để thay đổi cùng một mức nhiệt độ.

Thí nghiệm cho thấy:

Nhiệt lượng Q cần truyền cho vật tỉ lệ thuận với khối lượng m của vật.

Nhiệt lượng Q cũng tỉ lệ thuận với độ tăng nhiệt độ ΔT của vật.

Vì vậy, ta có:

\(\frac{Q}{m \Delta T} = hằng số \)

Hằng số này đặc trưng cho từng chất và được gọi là nhiệt dung riêng của chất, ký hiệu là c.

Công thức tính nhiệt dung riêng:

\( c = \frac{Q}{m \Delta T}\)

Đơn vị: J/(kg.K)

Từ đó, công thức tính nhiệt lượng khi làm thay đổi nhiệt độ của vật là:

Q = mcΔT

Trong đó:

m: khối lượng của vật (kg).

c: nhiệt dung riêng của chất làm vật.

ΔT: độ tăng hoặc giảm nhiệt độ (K hoặc °C)

2. Định nghĩa nhiệt dung riêng: 

Từ công thức tính nhiệt dung riêng:

\( c = \frac{Q}{m \Delta T}\)

Ta có thể rút ra định nghĩa về nhiệt dung riêng của một chất:

Nhiệt dung riêng( kí hiệu c) của một chất là nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho 1kg chất đó tăng 1K.

3. Một số dạng toán

a. \(Q_{tỏa} = Q_{thu}\)

Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng thì một vật nóng tiếp xúc vật lạnh. Nhiệt lượng vật nóng tỏa ra bằng nhiệt lượng vật lạnh thu vào

Ví dụ: cho 1kg nước nóng ở 80°C vào 2kg nước lạnh ở 20°C. Tính nhiệt độ cân bằng. Nhiệt dung riêng của nước là 4200J/Kg.K.

Giải: 

Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ta có:

\(Q_{tỏa} = Q_{thu}\)

Tương ứng: 

\(1 . 4200 . (80 - t_{cb}) = 2 . 4200 . (t_{cb}-20)\)

Giải phương trình 1 ẩn ta được:

\(t_{cb} = 40°C\)

Đáp số: 40°C

b. Công suất và hiệu suất bếp

Công suất (P)

Công suất là công (hoặc công suất nhiệt) thực hiện trên một đơn vị thời gian.

Công thức: 

\( P = \frac{ Q}{t}\)

Trong đó:

P : công suất (W)

Q : nhiệt lượng cung cấp (J)

t : thời gian (s)

Đơn vị W (Watt): 1 W=1 J/s.

Trong thực tế: bếp điện thường có công suất đặt (ví dụ 2000 W = 2,0 kW).

Hiệu suất (H)

Hiệu suất của bếp là tỉ số giữa nhiệt lượng hữu ích dùng để làm nhiệm vụ (ví dụ làm nóng nước) và năng lượng đầu vào (điện năng hoặc năng lượng do nhiên liệu cung cấp):

\( H = \frac{Q_{hữu ích}}{E_{đầu vào}}\)

Nếu tính theo công suất và thời gian:

\( H = \frac{Q_{hữu ích}}{Pt}\)

Hiệu suất thường < 1 (thường tính theo %)

Nguyên nhân thất thoát: thất thoát ra không khí, làm nóng dụng cụ, bức xạ, dẫn nhiệt ra môi trường,…

Ví dụ 1 — Bếp điện (tính thời gian, tính hiệu suất)

Bài toán: Dùng bếp điện có công suất định mức P = 2,5 kW để đun 2 kg nước từ 20°C đến 100°C. Biết nhiệt dung riêng của nước 4200 J/Kg.K. Bỏ qua tổn thất (giả sử hiệu suất = 100%).

Tính: (a) Nhiệt lượng cần (b) Thời gian cần.

Lời giải:

(a) Nhiệt lượng cần:

Q = mcΔT = 2 . 4200 . (100−20) 

Q= 2 . 4200 . 80 = 672000 J.

(b) Thời gian (với P=2500 W)

\(  t = \frac{Q}{P} \)

\( t = \frac{672000}{2500} ≈ 268,8 s ≈ 4,48 phút \)

Nếu hiệu suất thực tế chỉ là 80% (H = 0,8), năng lượng cần cung cấp là

\( Q_{bếp} = \frac{Q_{nước nhận}}{H} \)

\( Q_{bếp} = \frac{672000}{0,8} = 840000J \)

Khi đó thời gian:

\( t = \frac{840000}{2500} ≈ 336 s≈5,6 phút \)

4. Ví dụ 2 — Bếp gas (tính hiệu suất)

Bài toán: Dùng bếp gas đun 1 kg nước từ 25°C đến 85°C cần 5 gam gas. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/Kg.K và năng suất tỏa nhiệt của gas là \(5,5.10^7 J/Kg \). Tính hiệu suất bếp.

Giải:

Nhiệt lượng cần thiết để đun nước:

\( Q_{nước nhận} = mcΔT = 1 . 4200 . (85 - 25) = 252000 J \)

Nhiệt lượng mà gas tỏa ra:

\( Q_{gas} = q. m = 5,5.10^7 . 5 . 10^{-3} = 275000 J \)

Hiệu suất bếp là:

\(H = \frac{Q_{nước nhận}}{Q_{gas}} \)

\( H = \frac{252000}{275000} = 0,916 \)

Đáp án: 91,6%

Kết luận ghi nhớ:

Nhiệt dung riêng( kí hiệu c) của một chất là nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho 1kg chất đó tăng 1K.

Công thức tính nhiệt lượng khi làm thay đổi nhiệt độ của vật là:

Q = mcΔT

Trong đó:

m: khối lượng của vật (kg).

c: nhiệt dung riêng của chất làm vật.

ΔT: độ tăng hoặc giảm nhiệt độ (K hoặc °C)

\( P = \frac{ Q}{t}\)

\( H = \frac{Q_{hữu ích}}{E_{đầu vào}}\) trường hợp công suất \( H = \frac{Q_{hữu ích}}{Pt}\)

Đang tải câu hỏi...