Nhiệt lượng là gì? Công thức tính nhiệt lượng và bài tập áp dụng

Nhiệt lượng là gì? Công thức tính nhiệt lượng và áp dụng phương trình cân bằng nhiệt như thế nào? Đây chắc hẳn cũng là thắc mắc chung của rất nhiều học sinh khi học kiến thức Vật lý khối Trung học Phổ thông. Bài viết dưới đây sẽ giải đáp những câu hỏi của các bạn về nhiệt lượng. Hãy cùng chúng mình tìm hiểu chi tiết hơn nhé!

Nhiệt là gì?

Hiểu một cách đơn giản thì nhiệt chính là một dạng năng lượng dự trữ ở bên trong vật chất. Nhiệt đóng một vai trò quan trọng, bởi vì sự chuyển động nhiệt hỗn loạn của các hạt làm cấu tạo nên vật chất. Các hạt hay các phân tử cấu tạo nên vật chất thường chuyển động hỗn loạn không ngừng. Do đó, ta nói các hạt này có động năng.

Nhiệt là một dạng năng lượng dự trữ ở bên trong vật chất và đóng vai trò quan trọng

Nhiệt lượng là gì?

Trước khi tìm hiểu nhiệt lượng là gì, ta cần tìm hiểu khái niệm nhiệt năng. 

Từ động năng của các phân tử, ta định nghĩa nhiệt năng chính là phần tổng động năng chuyển động của khối tâm phân tử, động năng trong dao động của các nguyên tử cấu tạo nên phân tử quanh khối tâm và động năng quay của phân tử quanh khối tâm.

Nhiệt lượng được định nghĩa chính là phần nhiệt năng mà một vật nhận được, hoặc bị mất đi trong suốt quá trình truyền nhiệt.

Nhiệt lượng là phần nhiệt năng mà một vật nhận được, hoặc bị mất đi trong suốt quá trình truyền nhiệt

Điểm nổi bật của nhiệt lượng

Để tính được nhiệt lượng cũng như áp dụng được phương trình cân bằng nhiệt vào từng dạng bài tập cụ thể, ta cần nắm được những đặc điểm nổi bật dưới đây:

• Nhiệt lượng của một vật phụ thuộc vào 3 yếu tố, bao gồm: Khối lượng của vật, độ tăng nhiệt độ và nhiệt dung riêng của chất cấu tạo nên vật đó
• Có mối quan hệ với nhiệt độ. Khi nhiệt độ của vật tăng thì chuyển động của các phân tử cấu tạo nên vật sẽ nhanh hơn, dẫn đến phần nhiệt năng cũng như nhiệt lượng của vật lớn hơn
• Tỷ lệ thuận với khối lượng của vật. Khối lượng càng lớn thì nhiệt lượng của vật thu vào càng lớn
• Nhiệt lượng riêng cao là phần nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng nhiên liệu. Còn nhiệt lượng riêng thấp là phần nhiệt lượng riêng cao loại trừ nhiệt bốc hơi của nước được giải phóng và tạo thành ttrog quá trình đốt cháy nhiên liệu ban đầu

Nhiệt lượng của một vật phụ thuộc vào 3 yếu tố khối lượng của vật, độ tăng nhiệt độ và nhiệt dung riêng của chất cấu tạo nên vật đó

Công thức tính nhiệt lượng

Công thức để tính nhiệt lượng được quy định như sau:

Q = m.c.∆t

Trong đó:

• Q là phần nhiệt lượng mà vật thu vào hoặc toả ra trong quá trình truyền nhiệt, đơn vị Jun (J)
• m là khối lượng của vật, đơn vị kg
• c là nhiệt dung riêng của chất cấu tạo nên vật, đơn vị J/kg.K
• ∆t là độ thay đổi nhiệt độ hay biến thiên nhiệt độ, đơn vị °C (hoặc K)

Công thức để tính nhiệt lượng của một vật

Phương trình cân bằng nhiệt và Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra

Phương trình cân bằng nhiệt

Q thu = Q toả

Trong đó:

• Q thu là tổng nhiệt lượng của các vật khi thu vào trong quá trình truyền nhiệt
• Q tỏa là tổng nhiệt lượng của các vật khi tỏa ra trong quá trình truyền nhiệt

Phương trình cân bằng nhiệt được áp dụng theo công thức trên

Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra

Q = q.m

Trong đó:

• Q là nhiệt lượng tỏa ra của vật trong quá trình truyền nhiệt, đơn vị J
• q là năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu, đơn vị J/kg
• m là khối lượng của nhiên liệu khi bị đốt cháy hoàn toàn, đơn vị kg

Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn một vật nào đó

Một số bài tập vận dụng về nhiệt lượng

Bài tập 1: Tính nhiệt lượng cần thiết để đun 5 kg nước từ 15°C đến 100°C trong một thùng sắt có khối lượng 1,5 kg. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.K và của sắt là 460 J/kg.K.

Đáp án: Q = (m₁c₁ + m₂c₂)(t₂ – t₁) = 1843650 (J)

Bài tập 2: Một bình nhôm khối lượng 0,5 kg chứa 4 kg nước ở nhiệt độ 20°C. Thả vào bình một miếng sắt có khối lượng 0,2 kg đã được nung nóng tới 500°C. Xác định nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt.

Cho nhiệt dung riêng của nhôm là 896 J/kg.K; của nước là 4,18.103 J/kg.K; của sắt là 0,46.103 J/kg.K.

Đáp án: Theo phương trình cân bằng nhiệt ta có:

(m_bbc_bb + m_nnc_nn)(t – t₁) = m_ssc_ss(t₂ – t)

=> t = 22,6°C

Bài tập 3: Trộn ba chất lỏng không tác dụng hóa học lẫn nhau. Biết khối lượng lần lượt là m1 = 1 kg, m2 = 10 kg, m3 = 5 kg. Nhiệt độ và nhiệt dung riêng lần lượt là t1 = 6°C, c1 = 2kJ/kg.độ, t2 = -40°C, c2 = 4kJ/kg.độ, t3 = 60°C, c3 = 2kJ/kg.độ. Tìm:

a) Nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp

b) Nhiệt lượng cần để làm nóng hỗn hợp đến 6°C

Đáp án:

a) Phương trình cân bằng nhiệt: Q₁ + Q₂ + Q₃ = 0

c₁m₁(t – t₁) + c₂m₂(t – t₂) + c₃m₃(t – t₃) = 0

=> t = – 19°C

b) Nhiệt lượng để làm nóng hỗn hợp lên đến t’ = 6°C là:

Q = (c₁m₁ + c₂m₂ + c₃m₃)(t – t’) = 1300 (kJ)

Bài tập 4: Có hai bình cách nhiệt. Bình I chứa 5 lít nước ở 60^oC, bình II chứa 1 lít nước ở 20^oC. Đầu tiên rót một phần nước ở bình I sang bình II. Sau khi bình II cân bằng nhiệt người ta lại rót từ bình II sang bình I một lượng nước bằng với lần rót trước. Nhiệt độ sau cùng của nước trong bình I là 59^oC. Tính lượng nước đã rót từ bình này sang bình kia.

Đáp án:

Gọi m₁, V₁, t₁ lần lượt là khối lượng, thể tích và nhiệt độ ban đầu của nước trong bình I

Tương tự: m₂, V₂, t₂ lần lượt là khối lượng, thể tích và nhiệt độ ban đầu của nước trong bình II

m, V là khối lượng và thể tích nước của mỗi lần rót. t là nhiệt độ bằng của bình II sau khi đã rót nước từ bình I sang bình II

t’ = 59^oC là nhiệt độ cân bằng của bình II sau khi đã rót nước từ bình II sang bình I

Ta có các phương trình cân bằng nhiệt như sau:

cm(t – t₁) + cm₂(t – t₂) = 0

cm(t’ – t) + c(m₁ – m)(t’ – t₁) = 0

Vì khối lượng m tỉ lệ với thể tích nên: V(t – t₁) + V₂(t – t₂) = 0 (1)

V(t’ – t) + (V₁ – V)(t’ – t₁) = 0 (2)

Từ (1) và (2) suy ra: t = 25^oC, V = 1/7 lít

=> Lượng nước rót từ bình này sang bình kia là 1/7 lít

Bài tập 5: Nhiệt lượng kế bằng đồng c₁ = 0,09cal/g.độ chứa nước c₂ = 1cal/g.độ ở 25^oC. Khối lượng tổng cộng của nhiệt lượng kế là 475g. Bỏ vào nhiệt lượng kế một vật bằng đồng thau (c₃ = 0,08cal) có khối lượng 400g ở 90^oC. Nhiệt độ sau cùng của hệ khi cân bằng nhiệt là 30^oC. Tính khối lượng của nhiệt lượng kế và của nước.

Đáp án: Theo phương trình cân bằng nhiệt ta có: Q₁ + Q₂ + Q₃ = 0

=> m₁c₁(t – t₁) + m₂c₂(t – t₂) + c₃m₃(t – t₃) = 0

=> 0,45m₁ + 5m₂ – 1920 = 0 (1)

m₁ + m₂ = 475 (2)

Từ (1) và (2) suy ra: m₁ = 100g, m₂ = 375g

Bài tập 6: Một bình cách nhiệt được ngăn làm hai phần bằng một vách ngăn cách nhiệt. Hai phần bình chứa 2 chất lỏng có nhiệt dung riêng c₁; c₂ và nhiệt độ t₁; t₂ khác nhau. Bỏ vách ngăn, hai khối chất lỏng không có tác dụng hóa học và có nhiệt độ cân bằng t. Biết (t₁ – t) = 0,5(t₁ – t₂). Tính tỉ số m₁/m₂ theo c₁ và c₂.

Đáp án: Theo phương trình cân bằng nhiệt ta có:

c₁m₁(t₁ – t) + c₂m₂(t₂ – t) = 0 (1)

(t₁ – t) = 0,5(t₁ – t₂) => t₂ – t = t – t₁ (2)

Thay (2) vào (1) ta được: c₁m₁ – c₂m₂ = 0

=> m₁/m₂ = c₂/c₁

Bài tập 7: J/kg.K là đơn vị của đại lượng nào dưới đây:

A. Nội năng

B. Nhiệt lượng

C. Nhiệt dung riêng

D. Nhiệt năng

Đáp án: C. Nhiệt dung riêng

Bài tập 8: Nhiệt dung riêng của rượu là 2500J/kg.K. Điều đó có nghĩa là gì?

A. Để nâng 1kg rượu lên nhiệt độ bay hơi ta phải cung cấp cho nó một nhiệt lượng là 2500J

Hy vọng bài viết trên đã giúp bạn nắm rõ nhiệt lượng là gì, cũng như các công thức tính nhiệt lượng và phương trình cân bằng nhiệt để áp dụng làm bài tập. Đừng quên cập nhật những kiến thức hữu ích tại địa chỉ Bamboo school các bạn nhé! Chúc các bạn gặt hái kết quả cao trong các kỳ thi sắp tới.