Phương pháp giải bài tập Phương trình cân bằng nhiệt cực hay

Phương pháp giải bài tập Phương trình cân bằng nhiệt cực hay

Với Phương pháp giải bài tập Phương trình cân bằng nhiệt cực hay Vật Lí lớp 8 gồm đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Vật Lí 8.

A. Phương pháp giải

Học sinh cần nắm được kiến thức về nhiệt năng, nhiệt lượng, nguyên lý truyền nhiệt và phương trình cân bằng nhiệt

1. Nguyên lý truyền nhiệt

Khi hai vật có trao đổi nhiệt với nhau thì:

- Nhiệt 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 tỏa ra bằng nhiệt lượng do vật kia thu vào.

2. Phương trình cân bằng nhiệt

Q_{tỏa ra} = Q_{thu vào} Hay: C₁λ.m₁(t₁-t)=C₂λ.m₂(t-t₂)

Q_{tỏa ra} : tổng nhiệt lượng của các vật tỏa ra.

Q_{thu vào}: tổng nhiệt lượng của các vật thu vào.

   t: nhiệt độ khi cân bằng nhiệt

   t₁: nhiệt độ của vật tỏa nhiệt

   t₂: nhiệt độ của vật thu nhiệt

   C₁; C₂: nhiệt dung riêng của các chất

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Người ta thả một thỏi đồng 0,4kg ở nhiệt độ t₁ = 80°C vào 0,25kg nước ở nhiệt độ t₂ = 18°C. Hãy xác định nhiệt độ khi cân bằng nhiệt. Cho biết nhiệt dung riêng của đồng là 380J/kg.k của nước là 4200J/Kg.K.

Lời giải:

- Gọi t là nhiệt độ cân bằng của hệ

- Nhiệt lượng do miếng đồng tỏa ra để nguội đi từ 80°C xuống t°C:

   Q_tỏa = m₁.C₁.(t₁ - t) = 0,4. 380. (80 - t) (J)

- Nhiệt lượng nước thu vào để nóng lên từ 18°C đến t°C:

   Q_thu = m₂.C₂.(t - t₂) = 0,25. 4200. (t - 18) (J)

- Theo phương trình cân bằng nhiệt: Q_tỏa = Q_thu

   ⇔0,4. 380. (80 - t) = 0,25. 4200. (t - 18)

   ⇔t ≈ 26°C

Đáp số : 26°C.

Ví dụ 2: Người ta thả một miếng nhôm khối lượng 0,5kg vào 500g nước. Miếng nhôm 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? Cho biết nhiệt dung riêng của nhôm là 880J/kg.K; của nước là 4200J/Kg.K.

Lời giải:

- Nhiệt lượng nhôm toả ra khi hạ nhiệt độ từ 80°C xuống 20°C là :

   Q₁ = m₁.c₁.Δt₁= 0,5.880.(80 – 20) = 26400 (J)

- Nhiệt lượng nước thu vào bằng nhiệt lượng đồng toả ra ta có :

   Q₂ = m₂.c₂.Δt₂ = Q₁= 26400(J)

- Nước nóng lên thêm là:

Đáp số: 26400 J; 13°C

Ví dụ 3: Đổ 738 g nước ở nhiệt độ 15°C vào một nhiệt lượng kế bằng đồng có khối lượng 100g, rồi thả vào đó một miếng đồng có khối lượng 200g ở nhiệt độ 100°C. Nhiệt độ khi bắt đầu cân bằng nhiệt là 17°C. Tính nhiệt dung riêng của đồng, lấy nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K.

Lời giải:

- Nhiệt lượng nước và nhiệt lượng kế thu vào là :

   Q₁ = m₁.c₁.Δt₁ =0,738.4200. (17 – 15) = 6199,2(J)

   Q₂ = m₂.c₂.Δt₂ = 0,1.c₂. (17 – 15) = 0,2. c₂

- Nhiệt lượng do miếng đồng toả ra là :

   Q₃ = m₃.c₂.Δt₃ = 0,2.c₂. (100 -17) = 16,6. c₂

- Vì nhiệt lượng đồng toả ra bằng nhiệt lượng nước và nhiệt lượng kế thu vào nên :

   Q₁ + Q₂ = Q₃

   => 6199,2 + 0,2. c₂ = 16,6. c₂

   => c₂ = 378 (J/kg.K)

Đáp số: 378J/kg.K

C. Bài tập vận dụng

Câu 1: Người ta trộn 1500g nước ở 15°C với 100g nước ở 37°C. Nhiệt độ cuối cùng của hỗn hợp là:

A. 16,375°C

B. 26°C

C. 52°C

D. 19,852°C

Câu 2: Có 20kg nước 20°C, phải pha vào thêm bao nhiêu kg nước ở 100°C để được nước ở 50°C?

A. 20kg      B. 16kg

C. 12kg      D. 8kg

Câu 3: Một nhiệt lượng kế bằng đồng có khối lượng 0,1kg chứa 0,5kg nước ở 20°C. Người ta thả vào nhiệt lượng kế nói trên một thỏi đồng có khối lượng 0,2kg đã được đun nóng đến 200°C. Nhiệt độ cuối cùng của hệ thống là:

A. 28,2°C      B. 28°C

C. 27,4°C      D. 26,1°C

Câu 4: Một cục đồng có khối lượng 1kg được đun nóng đến 100°C. Sau đó người ta thả cục đồng vào một chậu sắt có khối lượng 500g đựng 2kg nước ở 20°C. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường. Biết nhiệt dung riêng của đồng, sắt và nước lần lượt là c₁ = 3,8.10³J/kg.K; c₂ = 0,46.10³J/kg.K ; c₃ = 4,2.10³J/kg.K. Tìm nhiệt độ cuối cùng của nước?

A. 40°C      B. 60°C

C. 33,45°C      D. 23,37°C

Câu 5: Người ta dẫn 0,2 Kg hơi nước ở nhiệt độ 100°C vào một bình chứa 1,5 Kg nước đang ở nhiệt độ 15°C. Nhiệt độ cuối cùng của hỗn hợp là:

A. 100°C      B. 98°C

C. 96°C      D. 94°C

Câu 6: Bác Hưng đổ m₁ (kg) nước ở nhiệt độ 100°C vào m₂ (kg) rượu ở nhiệt độ 19°C. Sau khi nhiệt độ của hệ cân bằng thì bác Hưng thu được hợp nặng 140g ở nhiệt độ 36°C. Tính khối lượng của nước và khối lượng của rượu đã trộn. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/Kg.K, của rượu là 2500J/Kg.k.

Câu 7: Vật A có khối lượng 0,1kg, người ta nung nóng vật A lên đến nhiệt độ 100°C. Sau đó vật A được bỏ vào một nhiệt lượng kế B làm bằng đồng có khối lượng 0,1kg chứa 0,2kg nước có nhiệt độ ban đầu 20°C. Khi cân bằng , nhiệt độ cuối cùng của hệ là 24°C. Biết nhiệt dung riêng của vật B là 380J/kg.K, của nước là 4200J/kg.K. Tính nhiệt dung riêng của vật A?

Câu 8: Thả một quả cầu nhôm khối lượng 0,15kg được nung nóng tới 100 °C vào một ca nước ở 20 °C. Sau một thời gian nhiệt độ của hệ thống là 25 °C. Tính lượng nước ở trong cốc coi như chỉ có quả cầu và nước truyền nhiệt cho nhau, lấy nhiệt dung riêng của nước bằng 4200J/kg.K, nhiệt dung riêng của nhôm bằng 880J/kg.K

Câu 9: Có ba chất lỏng không tác dụng hóa học với nhau và được trộn lẫn vào nhau trong một nhiệt lượng kế. Chúng có khối lượng lần lượt là m₁=1kg, m₂= 10kg, m₃=5kg, có nhiệt dung riêng lần lượt là C₁ = 2000J/Kg.K, C₂ = 4000J/Kg.K, C₃ = 2000J/Kg.K và có nhiệt độ là t₁ = 6°C, t₂ = 40°C, t₃ = 60°C. Hãy xác định nhiệt độ của hỗn hợp khi xãy ra cân bằng. Biết rằng không có chất lỏng nào chuyển thể.

Câu 10: Để xác định nhiệt độ của một bếp lò người ta làm như sau; Bỏ vào lò một khối đồng hình lập phương có cạnh a = 2cm, sau đó lấy khối đồng bỏ trên một tảng nước đá ở 0°C. Khi có cân bằng nhiệt, mặt trên của khối đồng chìm dưới mặt nước đá 1 đoạn b = 1cm. Biết khối lượng riêng của đồng là D0 = 8900kg/m³, nhiệt dung riêng của đồng c0 = 400J/kg.k, nhiệt nóng chảy của nước đá λ = 3,4.10⁵J/kg.K , khối lượng riêng của nước đá D = 900kg/m³. Giả sử nước đá chỉ tan có dạng hình hộp có tiết diện bàng tiết diện khối đồng.