BÀI 25. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT
I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM
1. Nguyên lí truyền nhiệt
Khi có hai vật truyền 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.
+ Nhiệt lượng do vật này tỏa ra bằng nhiệt lượng do vật kia thu vào.
2. Phương trình cân bằng nhiệt
+ Trong quá trình trao đổi nhiệt, nhiệt lượng vật này tỏa ra bằng nhiệt lượng vật kia thu vào.
+ Phương trình cân bằng nhiệt: Qtỏa = Qthu
Trong đó:
Qthu = m.c. Δt với Δt là độ tăng nhiệt độ (Δt = t2 – t1; t2 > t1)
Qtỏa = m’.c’.Δt’ với Δt’ là độ giảm nhiệt độ (Δt’ = t1’– t2’; t1’> t2’)
Sơ đồ mô tả sự trao đổi nhiệt giữa hai vật
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
Vận dụng phương trình cân bằng nhiệt
Bước 1: Tóm tắt, đổi đơn vị. Do có hỗn hợp nên chúng ra thêm chỉ số vào dưới các đại lượng tương ứng của mỗi vật.
Bước 2: Xác định vật thu nhiệt, vật tỏa nhiệt (dựa vào so sánh nhiệt độ band đầu và nhiệt độ cuối của hỗn hợp). Viết công thức tính nhiệt lượng thu vào hay tỏa ra của mỗi vật.
Bước 3: Viết phương trình cân bằng nhiệt Qtỏa = Qthu. Nhiệt lượng thu vào là nhiệt lượng của vật tăng nhiệt độ.
Bước 4: Xác định các đại lượng cần tìm dựa vào kết quả thu được từ bước 3. Viết đáp số và ghi rõ đơn vị.
III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
Bài C1 (trang 89 SGK Vật Lí 8):
a) Hãy dùng phương trình cân bằng nhiệt để tính nhiệt độ của hỗn hợp gồm 200 g nước đang sôi đổ vào 300 g nước ở nhiệt độ trong phòng.
b) Tiến hành thí nghiệm để kiểm tra giá trị của nhiệt độ tính được. Giải thích tại sao nhiệt độ tính được không bằng nhiệt độ đo được?
Lời giải:
a) Đổi m1 = 200 g = 0,2 kg; m2 = 300 g = 0,3 kg.
Nhiệt độ nước sôi là t1 = 100°C, giả sử nhiệt độ nước trong phòng là t2 = 27°C.
Gọi t là nhiệt độ hỗn hợp khi có cân bằng nhiệt.
+ Nhiệt lượng do 200 g nước sôi tỏa ra là: Q1 = m1.c(t1 – t)
+ Nhiệt lượng do 300 g nước trong phòng thu vào: Q2 = m2.c(t – t2)
Phương trình cân bằng nhiệt: Q1 = Q2 Û m1.c(t1 – t) = m2.c(t – t2)
\(\Leftrightarrow \text{t}=\frac{{{\text{m}}_{1}}\text{.}{{\text{t}}_{1}}+{{\text{m}}_{2}}.{{\text{t}}_{2}}}{{{\text{m}}_{1}}+{{\text{m}}_{2}}}=\frac{0,2.100+0,3.27}{0,2+0,3}=56,2{}^\circ \text{C}\)
Vậy nhiệt độ của hỗn hợp nước khi cân bằng nhiệt là 56,2°C.
b) Nhiệt độ tính được chỉ gần bằng nhiệt độ đo được trong thí nghiệm, vì trong tính toán ta đã bỏ qua sự trao đổi nhiệt với các dụng cụ đựng nước và môi trường bên ngoài.
Bài C2 (trang 89 SGK Vật Lí 8):
Người ta thả một miếng đồng khối lượng 0,5 kg vào 500 g nước. Miếng đồng nguội đi từ 80°C xuống 20°C. Hỏi nước nhận được một nhiệt lượng bằng bao nhiêu và nóng lên thêm bao nhiêu độ.
Tóm tắt:
m1 = 0,5 kg; c1 = 380 J/kg.K;
m2 = 500 g = 0,5 kg; c2 = 4200 J/kg.K
t1 = 80°C, t = 20°C
Q2 = ?; Δt2 = ?
Lời giải:
Nhiệt lượng nước nhận được bằng đúng nhiệt lượng do miếng đồng tỏa ra là:
Q2 = Q1 = m1c1.(t1 – t) = 0,5.380.(80 – 20) = 11400 J.
Độ tăng nhiệt độ của nước là: \(\Delta {{\text{t}}_{2}}=\frac{{{\text{Q}}_{2}}}{{{\text{m}}_{2}}.{{\text{c}}_{2}}}=\frac{11400}{0,5.4200}=5,43{}^\circ \text{C}.\)
Bài C3 (trang 89 SGK Vật Lí 8):
Để xác định nhiệt dung riêng của một kim loại, người ta bỏ vào một lượng kế chứa 500 g nước ở nhiệt độ 13°C một miếng kim loại có khối lượng 400 g được nung nóng tới 100°C. Nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt là 20°C. Tính nhiệt dung riêng của kim loại. Bỏ qua nhiệt lượng làm nóng nhiệt lượng kế và không khí. Lấy nhiệt dung riêng của nước 4190 J/kg.K
Tóm tắt:
m1 = 400g = 0,4 kg; c1; t1 = 100°C
m2 = 500 g = 0,5 kg; c2 = 4190 J/kg.K; t2 = 13°C
Nhiệt độ cân bằng: t = 20°C
c1 = ?
Lời giải:
Nhiệt lượng do kim loại tỏa ra là: Q1 = m1.c1(t1 – t)
Nhiệt lượng do nước thu vào là: Q2 = m2.c2(t – t2)
Phương trình cân bằng nhiệt: Q1 = Q2 Û m1.c1(t1 – t) = m2.c2(t – t2)
\(\Leftrightarrow 0,4.{{\operatorname{c}}_{1}}.(100-20)=0,5.4190.(20-13)\Rightarrow {{\text{c}}_{1}}=\frac{0.5.4190.(20-13)}{0,4.(100-20)}=458\,\text{J/kg}\text{.K}\)
Vậy nhiệt dung riêng của kim loại là 458 J/kg.K.
Trên đây là gợi ý giải bài tập Vật Lý 8 bài phương trình cân bằng nhiệt do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ.