Nguyên lý truyền nhiệt, Phương trình cân bằng nhiệt, Công thức, Ví dụ và Bài tập - Vật lý 8 bài 25

Để giải đáp câu hỏi này, chúng ta cùng tìm hiểu về nguyên lý truyền nhiệt? Phương trình cân bằng nhiệt được viết như thế nào? đồng thời vận dụng giải một số bài tập về cân bằng nhiệt qua bài viết dưới đây.

I. Nguyên lý truyền nhiệt

- Nhiệt tự 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.

- Nhiệt lượng do vật này toả ra bằng nhiệt lượng do vật kia thu vào

II. Phương trình cân bằng nhiệt

- Phương trình cân bằng nhiệt được viết như sau:

 Q_{tỏa ra} = Q_{thu vào}

- Trong đó: Q = m.c.Δt

 Δt = t₂ - t₁

 Q_tỏa = m₁.c₁.(t₁-t₂)

 Q_thu = m₂.c₂.(t₂-t₁)

 ⇒ Như vậy, nhiệt lượng tỏa ra để vật này từ nhiệt độ t₁ về nhiệt độ t bằng nhiệt lượng thu vào vật kia thu vào từ nhiệt độ t₂ lên t, ta có:

 m₁.c₁.(t₁-t) = m₂.c₂.(t-t₂)

III. Ví dụ về phương trình cân bằng nhiệt

- Thả một quả cầu nhôm khối lượng 0,15kg được đun nóng tới 100⁰C vào một cốc nước ở 20⁰C. Sau một thời gian, nhiệt độ của quả cầu và của nước đều bằng 25⁰C. Tính khối lượng nước, coi như chỉ có quả cầu và nước truyền nhiệt cho nhau.

* Tóm tắt đề bài

- Bài cho: m₁ = 0,15kg;  c₁ = 880J/Kg.K; c₂ = 4200J/Kg.K;

 t₁ = 100⁰C;  t₂ = 20⁰C; t = 25⁰C;

- Tìm: m₂ = ?

° Hướng dẫn giải:

- Nhiệt lượng quả cầu nhôm tỏa ra khi nhiệt độ hạ từ 100⁰C xuống 25⁰C là:

 Q_tỏa = m₁.c₁.(t₁ - t) = 0,15.880.(100-25) = 9900(J)

- Nhiệt lượng nước thu vào khi tăng nhiệt độ từ 20⁰C lên 25⁰C là:

 Q_thu = m₂.c₂.(t - t₂)

- Theo phương trình cân bằng nhiệt, nhiệt lượng quả cầu tỏa ra bằng nhiệt lượng nước thu vào, ta có:

 Q_thu = Q_tỏa ⇔ m₂.c₂.(t - t₂) = 9900(J)

IV. Bài tập vận dụng phương trình cân bằng nhiệt

* Câu C1 trang 89 SGK Vật Lý 8: a) Hãy dùng phương trình cân bằng nhiệt để tính nhiệt độ của hỗn hợp gồm 200g nước đang sôi đổ vào 300g 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 câu C1 trang 89 SGK Vật Lý 8:

a) Coi nhiệt độ nước sôi là t₁ = 100^oC, nhiệt độ nước trong phòng là t₂ = 25^oC.

- Gọi t là nhiệt độ hỗn hợp khi có cân bằng nhiệt.

- Nhiệt lượng do m₁ = 200 g = 0,2 kg nước sôi tỏa ra: Q₁ = m₁.c.(t₁ – t)

- Nhiệt lượng do m₂ = 300 g = 0,3 kg nước thu vào: Q₂ = m₂.c.(t – t₂)

- Theo phương trình cân bằng nhiệt, ta có: Q₁ = Q₂

 hay m₁.c(t₁ – t) = m₂.c.(t – t₂)

- Lưu ý: Nếu giải thiết cho nhiệt độ phòng khác với 25⁰C ở trên thì các em chỉ cần thay giá trị t₂ theo số liệu giải thiết cho rồi tính toán tương tự.

b) Nhiệt độ tính được chỉ gần bằng nhiệt độ đo được trong thí nghiệm vì trong khi tính toán, ta đã bỏ qua sự trao đổi nhiệt với các dụng cụ đựng nước và môi trường xung quanh.

* Câu C2 trang 89 SGK Vật Lý 8: Người ta thả một miếng đồng khối lượng 0,5kg vào 500g nước. Miếng đồng nguội đi từ 80^oC xuống 20^oC. Hỏi nước nhận được một nhiệt lượng bằng bao nhiêu và nóng lên thêm bao nhiêu độ.

° Lời giải câu C2 trang 89 SGK Vật Lý 8:

- Bài cho: m₁ = 0,5 kg; c₁ = 380 J/kg.K;

 m₂ = 500 g = 0,5 kg; c₂ = 4200 J/kg.K

 t₁ = 80^oC, t = 20^oC

- Tìm: Q₂ = ?; Δt₂ = ?

- Nhiệt lượng nước thu vào là:

 Q₁ = m₁.c₁.(t₁ - t) = 0,5.380.(80 - 20) = 11400(J)

- Nhiệt lượng miếng đồng tỏa ra là:

 Q₂ = m₂.c₂.(t - t₂)

- Theo phương trình cân bằng nhiệt, ta có, nhiệt lượng nước thu vào bằng nhiệt lượng do miếng đồng tỏa ra, nên:

 Q₂ = Q₁ ⇔ m₂.c₂.(t - t₂) = m₁.c₁.(t₁ - t) = 11400(J)

 ⇔ m₂.c₂.Δt₂ = 11400(J)

- Độ tăng nhiệt độ của nước là: 

* Câu C3 trang 89 SGK Vật Lý 8: Để xác định nhiệt dung riêng của một kim loại, người ta bỏ vào một lượng kế chứa 500g nước ở nhiệt độ 13^oC một miếng kim loại có khối lượng 400 g được nung nóng tới 100^oC. Nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt là 20^oC. 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 4190J/kg.K

° Lời giải câu C3 trang 89 SGK Vật Lý 8:

- Bài cho:m₁ = 400g = 0,4 kg; c₁; t₁ = 100^oC

m₂ = 500 g = 0,5 kg; c₂ = 4190 J/kg.K; t₂ = 13^oC

Nhiệt độ cân bằng: t = 20^oC

- Tính: c₁ = ?

- 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)

- Theo phương trình cân bằng nhiệt, ta có:

 Q₁ = Q₂ ⇔ m₁.c₁.(t₁ – t) = m₂.c₂.(t - t₂)

- Nhiệt dung riêng của kim loại là: