Dưới đây là bài viết về Lý thuyết Phương trình cân bằng nhiệt | SGK Vật lý lớp 8 được xây dựng chi tiết, cụ thể 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. Để hiểu rõ hơn, mời các bạn tham khảo bài viết dưới đây.
Mục lục bài viết
1. Lý thuyết Phương trình cân bằng nhiệt:
1.1. 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 thu vào bằng nhiệt lượng do vật kia tỏa ra.
Ví dụ: Thả một thỏi kim loại đã được nung nóng vào một bể nước, ban đầu nhiệt độ của thỏi kim loại lớn hơn nhiệt độ của nước nên có sự trao đổi nhiệt: Thanh kim loại tỏa nhiệt và giảm nhiệt độ còn nước thu nhiệt để tăng nhiệt độ. Khi nhiệt độ của thanh kim loại và của nước ngang bằng nhau thì quá trình truyền nhiệt kết thúc.
1.2. 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 vào
Trong đó: Qthu vào = m.c. Δ t
Δ t là độ tăng nhiệt độ
Δ t = t2 – t1 (t2 > t1)
Qtỏa = m’.c’. Δ t’
Δ t’ là độ giảm nhiệt độ
Δ t’ = t1’ – t2’ (t1’ > t2’)
Hình 2.1. Sơ đồ mô tả sự trao đổi nhiệt giữa hai vật
Chú ý: 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. Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: Tổng nhiệt lượng do các vật tỏa ra bằng tổng nhiệt lượng do các vật thu vào để giải bài toán.
2. Nhiệt lượng là gì?
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 và chất làm nên vật.
Công thức nhiệt lượng vật thu vào: 
Trong đó:
Q: Nhiệt lượng (J)
m: Khối lượng vạt (kg)
: Độ tăng nhiệt độ vật (Độ C hoặc độ K). = t2 – t1 (t1 là nhiệt độ ban đầu, t2 là nhiệt độ cuối
c: Nhiệt dung riêng của chất làm vật (J/kg.K)
Nguyên lý truyền nhiệt:
– Nhiệt tự truền 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
Trong đời sống và kĩ thuật, người ta thường áp dụng nguyên lý truyền nhiệt này trong việc đốt than, củi dầu để cung cấp nhiệt lượng cho các vật liệu khác trong từng mục đích khác nhau như đun sôi, nung nóng,…
3. Bài tập vận dụng có đáp án:
Bài 1: Để làm nguội nước nóng: người ta trộn 1500 gam nước ở 25oC với 100 gam nước ở 50oC. Nhiệt độ cuối cùng của hỗn hợp là:
Hướng dẫn giải chi tiết
Nhiệt lượng 1500 gam nước thu vào:
Q1 = m1.c1.( t2 – t1) = 1,5.4200.(t2 – 25)
Nhiệt lượng 100 g nước tỏa ra:
Q2 = m2.c2.(t’1– t2) = 0,1.4200.(50 – t2)
Theo phương trình cân bằng nhiệt ta có: Q1 = Q2
=> 1,5.4200. (t2 – 25) = 0,1.4200.( 50 – t2)
6300t2 – 157500 = 21000 – 420t2
6720t2 = 178500
=> t2 = 26,5625oC.
Vậy nhiệt độ cuối cùng của hệ thống là: 26,5625oC.
Bài 2: Người ta dẫn 0,4 kg hơi nước ở nhiệt độ 100oC vào một bình chứa 3 kg nước đang ở nhiệt độ 20oC. Nhiệt độ cuối cùng của hỗn hợp là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải chi tiết
Gọi t là nhiệt độ cân bằng của hệ
Theo đầu bài ta có:
Nhiệt lượng tỏa ra khi 0,4 kg hơi nước ở 100oC ngưng tụ thành nước ở 100oC
Q1 = m1. L = 0,4 . 2,3.106 = 920000(J)
Nhiệt lượng tỏa ra khi 0,4 kg nước ở 100oC hạ xuống toC
Q2 = m1.C. (t1 – t) = 0,4. 4200 (100 – t)
Nhiệt lượng thu vào khi 3 Kg nước ở 20oC tăng lên đến toC
Q3 = m2.C. (t – t2) = 3. 4200 (t – 25)
Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta có:
Q1 + Q2 = Q3
⇔ 920000 + 0,4. 4200 (100 – t) = 3. 4200 (t – 25)
⇔ 168000 + 920000 – 1680t = 12600t – 315000
⇔ 1403000 = 14280t => t = 98,24
=> Nhiệt độ cuối cùng của hỗn hợp là 98,24 oC
Bài 3: Nếu hai vật có nhiệt độ khác nhau đặt tiếp xúc nhau thì:
A. Quá trình truyền nhiệt dừng lại khi nhiệt độ hai vật như nhau.
B. Quá trình truyền nhiệt dừng lại khi nhiệt độ một vật đạt 0°C.
C. Quá trình truyền nhiệt tiếp tục cho đến khi nhiệt năng hai vật như nhau.
D. Quá trình truyền nhiệt cho đến khi nhiệt dung riêng hai vật như nhau.
Hướng dẫn trả lời: Sự truyền nhiệt xảy ra cho đến khi nhiệt độ của hai vật như nhau thì dừng lại
⇒ Đáp án A
Bài 4: Phương trình nào sau đây là phương trình cân bằng nhiệt?
| A. Qtỏa + Qthu = 0 | B. Qtỏa = Qthu |
| C. Qtỏa.Qthu = 0 | D. Q tỏa Q thu = 0 |
Hướng dẫn trả lời: Phương trình cân bằng nhiệt: Qtỏa = Qthu
⇒ Đáp án B
Bài 5: Đổ 5 lít nước ở 20°C vào 3 lít nước ở 45°C. Nhiệt độ khi cân bằng là:
| A. 2,94°C | B. 293,75°C |
| C. 29,36°C | D. 29,4°C |
Hướng dẫn trả lời:
Đổi: m1 = 5 lít nước = 5 kg, m2 = 3 lít nước = 3 kg, t1 = 20°C, t2 = 45°C
– Gọi nhiệt độ khi cân bằng là t
– Nhiệt lượng thu vào của 5 lít nước là: Q1 = m1c.(t – t1)
– Nhiệt lượng thu vào của 3 lít nước là: Q2 = m2c.(t2 – t)
– Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta có:
Q1 = Q2 ⇔ m1c.(t – t1) = m2c.(t2 – t)
⇔ m1.(t – t1) = m2.(t2 – t)
⇔ 5.(t – 20) = 3.(45 – t)
⇔ t = 29,375 ≈ 29,4°C
⇒ Đáp án D
Bài 6: Điều nào sau đây đúng với nguyên lý truyền nhiệt:
A. Nhiệt tự truyền từ vật có nhiệt độ thấp hơn sang vật có nhiệt độ cao hơn.
B. Nhiệt tự truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.
C. Nhiệt truyền từ vật có nhiệt dung riêng cao hơn sang vật có nhiệt dung riêng thấp hơn.
D. Nhiệt truyền từ vật có nhiệt dung riêng thấp hơn sang vật có có nhiệt dung riêng cao hơn.
Hướng dẫn trả lời: Nhiệt tự truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.
⇒ Đáp án B
Bài 7: Thả một miếng thép 2 kg đang ở nhiệt độ 345°C vào một bình đựng 3 lít nước. Sau khi cân bằng nhiệt độ cuối cùng là 30°C. Bỏ qua sự tỏa nhiệt qua môi trường. Biết nhiệt dung riêng của thép, nước lần lượt là 460 J/kg.K, 4200 J/kg.K. Nhiệt độ ban đầu của nước là:
| A. 7°C | B. 17°C | C. 27°C | D. 37°C |
Hướng dẫn trả lời
Đổi: 3 lít nước = 3 kg
Gọi nhiệt độ ban đầu của nước là t0
– Nhiệt lượng của miếng thép tỏa ra là:
Q1 = m1c1Δt1 = 2.460.(345 – 30) = 289800 J
– Nhiệt lượng mà nước thu vào là:
Q2 = m2c2Δt2 = 3.4200.(30 – t0)
– Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt, ta có:
Q1 = Q2 ⇔ 289900 = 3.4200.(30 – t0)
⇒ t0 = 7°C
⇒ Đáp án A
Bài 8: Thả một quả cầu nhôm khối lượng 0,15 kg được đun nóng tới 100°C vào một cốc nước ở 20°C. Sau một thời gian, nhiệt độ của quả cầu và của nước đều bằng 25°C. Coi quả cầu và nước chỉ truyền nhiệt cho nhau. Biết nhiệt dung riêng của nhôm và nước là 800 J/kg.K, 4200 J/kg.K. Khối lượng của nước là:
| A. 0,47 g | B. 0,471kg | C. 2 kg | D. 2 g |
Hướng dẫn trả lời
Ta có:
Nhôm m1 = 0,15kg, c1 = 880J/kg.K, t1 = 1000C
Nước: m2 = ?, c2 = 4200J/kg.K, t2 = 200C
Nhiệt độ cân bằng t = 25°C
Nhiệt lượng mà quả cầu nhôm tỏa ra là: Q1 = m1c1(t1 – t)
Nhiệt lượng mà nước nhận được là: Q2 = m2c2(t – t2)
Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt, ta có:
Q1 = Q2 ⇔ m1c1(t1 – t) = m2c2(t – t2)
⇔ 0,15.880.(100 – 25) = m2.4200.(25 – 20)
⇔ m2 = 0,471 kg
⇒ Đáp án B
Bài 9: Người ta muốn pha nước tắm với nhiệt độ 38°C. Phải pha thêm bao nhiêu lít nước sôi vào 15 lít nước lạnh ở 24°C?
| A. 2,5 lít | B. 3,38 lít | C. 4,2 lít | D. 5 lít |
Hướng dẫn trả lời
Đổi: 15 lít nước = 15 kg
Nhiệt độ cân bằng của nước pha là t = 38°C
Nhiệt lượng mà nước sôi tỏa ra là: Q1 = m1c(t1 – t)
Nhiệt lượng mà 15 lít nước lạnh nhận được là: Q2 = m2c(t – t2)
Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt, ta có:
Q1 = Q2 ⇔ m1c(t1 – t) = m2c(t – t2)
⇔ m1(t1 – t) = m2(t – t2)
⇔ m1.(100 – 38) = 15.(38 – 24)
⇔ m1 = 3,38 kg
⇒ Đáp án B
Bài 10: Người ta thả ba miếng đồng, nhôm, chì có cùng khối lượng vào một cốc nước nóng. So sánh nhiệt độ cuối cùng của ba miếng kim loại trên:A. Nhiệt độ của miếng chì cao nhất, rồi đến miếng đồng, miếng nhôm.
B. Nhiệt độ miếng đồng cao nhất, rồi đến miếng nhôm, miếng chì.
C. Nhiệt độ miếng nhôm cao nhất, rồi đến miếng đồng, miếng chì.
D. Nhiệt độ ba miếng bằng nhau.
⇒ Đáp án D
Bài 11: 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 nóng lên thêm bao nhiêu độ? Biết nhiệt dung riêng của đồng là 380 J/kg.K, của nước là 4200 J/kg.K.
Nhiệt lượng mà miếng đồng tỏa ra là:
Q1 = mcuccu(80 – 20) = 0,5.380.(80 – 20) = 11400 J
Nhiệt lượng mà nước nhận được là:
Q2 = mnướccnướcΔt
Theo phương trình cân bằng nhiệt, ta có:
Q1 = Q2 = 11400 J
⇒ Δt = Q2 (mnước. cnước ) = 11400 / (0,5.4200) = 5,430C
Vậy nước nóng thêm được 5,43°C
THAM KHẢO THÊM:
