Bài 25. Phương trình cân bằng nhiệt

Bài 25:
PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT
Thái: Đố biết khi nhỏ một giọt nước sôi vào một ca đựng nước nóng thì giọt nước truyền nhiệt cho ca nước hay ca nước truyền nhiệt cho giọt nước.
Bình: Dễ quá! Nhiệt phải truyền từ vật có nhiệt năng lớn hơn sang vật có nhiệt năng nhỏ hơn, nghĩa là từ ca nước sang giọt nước.
An: Không phải! Nhiệt phải truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn, nghĩa là từ giọt nước sang ca nước.
Ai đúng, ai sai?
Bài 25: PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT
I. Nguyên lý truyền nhiệt
Các thí nghiệm cũng như hiện tượng quan sát được trong đời sống và kỹ thuật và tự nhiên cho thấy khi có hai vật trao đổi nhiệt với nhau thì:
1. Nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.
2. Sự truyền nhiệt xảy ra cho tới khi nhiệt độ của hai vật bằng nhau thì dừng lại.
3. Nhiệt lượng do vật này tỏa ra bằng nhiệt lượng do vật kia thu vào.

Bài 25: PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT
Bài 25: PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT
II. Phương trình cân bằng nhiệt

Q tỏa ra = Q thu vào
Nhiệt lượng vật cần thu vào được tính theo công thức:
Q = m.c.∆t = m.c.(t2 – t1)
Trong đó :
Q là nhiệt lượng vật thu vào, tính ra J,
m là khối lượng của vật, tính ra kg,
∆t = t2 – t1 là độ tăng nhiệt độ, tính ra oC hoặc K,
c là đại lượng đặc trưng cho chất làm vật gọi là nhiệt dung riêng, tính ra J/kg.K

Tương tự
Nhiệt lượng tỏa ra cũng được tính bằng công thức Q = m.c.∆t
nhưng ∆t =t1 – t2
t1 là nhiệt độ ban đầu
t2 là nhiệt độ cuối cùng trong quá trình truyền nhiệt
III. Ví dụ về dùng phương trình cân bằng nhiệt


Thả một quả cầu nhôm có 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.
III. Ví dụ về dùng phương trình cân bằng nhiệt
Tóm tắt:
m1 = 0,15kg
c1 = 880J/kg.K.
t1 = 100oC
t = 25oC
c2 = 4 200J/kg.K
t2 = 20oC
t = 25oC
m2?
Nhiệt lượng do quả cầu nhôm tỏa ra:
Q1 = m1.c1.(t1 – t)
= 0,15.880.(100-25) = 9 900(J)
Nhiệt lượng do nước thu vào:
Q2 = m2.c2.(t – t2)
Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt:
Q1 = Q2
 m2.c2.(t – t2) = 9 900
IV. Vận dụng
C1 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 phòng. (30oC)
0,2.c (100 - t) = 0,3 .c (t – 30)  t = 58oC
Bài 25: PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT
Bài 25: PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT

C2 Người ta thả một miếng đồng khối lượng 0,5kg vào 500g nước. Miếng đồng nguội đi từ 80oC xuống 20oC. Hỏi nước nhận được một nhiệt lượng bao nhiêu và nóng lên thêm bao nhiêu độ?

IV. Vận dụng
tóm tắt:
m1 = 0,5kg
c1 = 380J/kg.K
m2 = 500g = 0,5kg
c2 = 4200J/kg.K
t2 = 800C
t1 = 200C
Q2 = ?
?tnc = ?
Bài giải
Nhiệt lượng do miếng đồng tỏa ra:
Q1 = m1.c1 (t1 - t2)
= 0,5 .380 .(80 - 20)
= 11400(J)
Nhiệt lượng của nước thu vào
Q2 = m2.c2.∆t
Nhiệt lượng nước thu vào bằng nhiệt lượng đồng tỏa ra
Q1 = Q2
m1.c1 (t1 – t2) = m2.c2.∆t = 11400(J)


 ∆t
C3 Để xác định nhiệt dung riêng của một kim loại, người ta bỏ vào nhiệt lượng kế chứa 500g nước ở nhiệt độ 13oC. Một miếng kim loại có khối lượng 400g được nung nóng đến 100oC. Nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt là 20oC. Tính nhiệt dung riêng của kim loại. Bỏ qua nhiệt lượng làm nóng nhiệt lượng kế và không khí. Lây nhiệt dung riêng của nước là 4 190J/kg. độ
Bài 25: PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT
IV. Vận dụng
Bài 25: PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT

Nhiệt lượng do miếng kim loại tỏa ra:
Q1 = m1.c1.(t1 – t) = 0,4.c1.(100-20)
= 32c1 (J)
Nhiệt lượng do nước thu vào:
Q2 = m2.c2.(t – t2) = 0,5.4190.(20-13)
= 14665 (J)
Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: Q1 = Q2
32c1 = 14665  c1 = 458 (J/kg.K)
Ghi nhớ
Khi có hai vật truyền nhiệt cho nhau thì:
Nhiệt truyền từ vật có nhiệt cao hơn sang vật có nhiệt thấp hơn cho tới khi nhiệt độ hai vật bằng nhau.
Nhiệt lượng vật này tỏa ra bằng nhiệt lượng vật kia thu vào.
Phương trình cân bằng nhiệt:
Q tỏa ra = Q thu vào
Có thể em chưa biết
Cơ thể con người tuy không ngừng truyền nhiệt với môi trường bên ngoài nhưng luôn giữ nhiệt độ không đổi vào khoảng 370C dù nhiệt độ bên ngoài giảm xuống dưới 00C hoặc tăng lên trên 500C. Nhiệt truyền từ cơ thể con người có thể truyền qua bên ngoài bằng nhiều cách trong đó có dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Trung bình cơ thể con người tỏa ra môi trường bên ngoài dưới dạng nhiệt khoảng 17% năng lượng mà người đó tỏa ra được. Nếu trời ẩm thì tỉ lệ này tăng lên. Hình 25.2 cho thấy tỉ lệ tỏa nhiệt dưới các hình thức dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ nhiệt của một người cởi trần, ngồi yên trong một phòng có nhiệt độ ôn hòa.
Dặn dò
Về nhà học bài
Làm bài tập trong sbt
Xem trước bài mới