Công thức tính nhiệt lượng và bài tập có lời giải từ A – Z

Bạn có bài tập tính nhiệt lượng thu vào của một chất nhưng lại không biết cách tính như thế nào? Chính vì vậy, trong bài viết dưới đây, THPT CHUYÊN LAM SƠN chia sẻ lý thuyết nhiệt lượng là gì? Công thức tính nhiệt lượng và các dạng bài tập có lời giải chi tiết để các bạn cùng tham khảo

Nội Dung

Nhiệt lượng là gì?

Nhiệt lượng là phần nhiệt năng mà vật nhận thêm được hay mất bớt đi trong quá trình truyền nhiệt. Kí hiệu là Q.

Nhiệt lượng vật cần thu vào để nóng lên phụ thuộc vào 3 yếu tố:

Khối lượng của vật
Độ tăng nhiệt độ của vật
Chất cấu tạo nên vật

Đơn vị của nhiệt lượng

Ngoài J, kJ đơn vị của nhiệt lượng còn được tính bằng calo, Kcalo

1 Kcalo = 1000 calo; 1 calo = 4,2 J

Công thức tính nhiệt lượng

Công thức tính nhiệt lượng thu vào: Q = m.c. Δt

Trong đó:

Q là nhiệt lượng thu vào của vật (J)
m là khối lượng của vật (kg)
c là nhiệt dung riêng của chất làm nên vật (J/kg.K)
Δt là độ tăng nhiệt độ của vật (°C hoặc °K): ∆t = t₂ – t₁ với t₁ là nhiệt độ ban đầu, t₂ là nhiệt độ cuối cùng. ∆t > 0 : vật toả nhiệt. ∆t < 0 : vật thu nhiệt

Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở

Q =RI²t

Trong đó:

Q: nhiệt lượng tỏa ra (J)
R: điện trở (Ω)
I: cường độ dòng điện
t: thời gian nhiệt lượng tỏa ra

Tham khảo thêm: [ Công Suất Tiêu Thụ, Công Suất Điện ] Công thức tính chuẩn 100%

Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu

Q = q.m

Trong đó:

Q: nhiệt lượng tỏa ra (J)
q: năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu (J/kg)
m: khối lượng của nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn (kg)

Phương trình cân bằng nhiệt

Q_thu =Q_tỏa

Trong đó:

Q_thu: tổng nhiệt lượng của các vật thu vào
Q_tỏa: tổng nhiệt lượng của các vật tỏa ra

Bài tập tính nhiệt lượng có lời giải

Ví dụ 1: Để kiểm tra mối quan hệ giữa nhiệt lượng vật cần thu vào để nóng lên và khối lượng của vật, người ta có thể làm thí nghiệm vẽ ở hình 24.1. Dùng đèn cồn lần lượt đun 2 khối lượng nước khác nhau, 50 và 100 g, đựng trong 2 cốc thủy tinh giống nhau, để nước ở trong các cốc đều nóng lên thêm 20oC. Tiến hành thí nghiệm và kết quả thu được ghi ở bảng 24.1

Trong thí nghiệm trên, yếu tố nào ở 2 cốc được giữ giống nhau, yếu tố nào được thay đổi? Tại sao phải làm như thế? Hãy tìm số thích hợp cho các chỗ trống ở hai cột cuối bảng. Biết nhiệt lượng của ngọn lửa còn truyền cho nước tỷ lệ với thời gian đun.

Lời giải:

Độ tăng nhiệt độ và chất làm vật (nước) được giữ giống nhau ở hai cốc.

Khối lượng thay đổi.

Làm như vậy mới tìm hiểu được mối quan hệ giữa nhiệt lượng và khối lượng.

Ta có: m₁ = ½ .m₂ và Q₁ = ½ .Q₂.

Ví dụ 2: Một ấm đun nước bằng nhôm có khối lượng 0,5 kg chứa 2 lít nước ở 25⁰C. Muốn đun sôi ấm nước này cần một nhiệt lượng bằng bao nhiêu ?

Lời giải

Ta có 2 lít nước có khối lượng m1 = V.D = 0,002.1000 = 2 kg (2 lít = 0,002 m³, Dnước = 1000)

Khi nước sôi thì nhiệt độ của ấm và của nước đều bằng 1000C.

Nhiệt lượng nước cần thu vào để nước nóng lên 1000C là:

Q₁ = m₁.c₁.Δt = 2.4200.(100 – 25) = 630000 J = 630 (kJ)

– Nhiệt lượng ấm cần thu vào để ấm nóng lên 1000C là:

Q2 = m₂.c₂.Δt = 0,5.880.(100 – 25) = 33000 J = 33 (kJ)

Nhiệt lượng tổng cộng cần cung cấp là : Q = Q1 + Q2 = 630 + 33 = 663 kJ.

Ví dụ 3: Người ta cung cấp cùng một nhiệt lượng cho ba cốc bằng thủy tinh giống nhau. Cốc 1 đựng rượu, cốc 2 đựng nước, cốc 3 đựng nước đá với khối lượng bằng nhau. Hãy so sánh độ tăng nhiệt độ của các cốc trên. Biết rằng nước đá chưa tan.

Lời giải

Vì nhiệt lượng cung cấp cho ba cốc bằng thủy tinh giống nhau, có khối lượng bằng nhau nên độ tăng nhiệt độ tỷ lệ nghịch với nhiệt dung riêng c.

Ta có c_nc > c_rượu hay c₂ > c₁ ⇒ Δt₁ > Δt₂

Khi so sánh cốc (2) và (3) thì ở cốc (3) đá chưa tan, nên cần phải tốn một nhiệt lượng để làm đá tan (nhiệt nóng chảy) mà không làm tăng được nhiệt độ của cốc. Vì vậy, cốc (2) có độ tăng nhiệt lớn hơn cốc 3.

Vậy: Δt₁ > Δt₂ > Δt₃

Ví dụ 4: Đầu thép của một búa máy có khối lượng 12kg nóng lên thêm 20^oC sau 1,5 phút hoạt động. Biết rằng chỉ có 40% cơ năng của búa máy chuyển thành nhiệt năng của đầu búa. Tính công và công suất của búa. Lấy nhiệt rung riêng của thép là 460J/kgK.

Lời giải

Nhiệt lượng đầu búa nhận được là:

Q = m.c.Δt = 12.460.20 = 110400J

Chỉ có 40% cơ năng của búa máy chuyển thành nhiệt năng của đầu búa nên công của búa máy thực hiện trong 1,5 phút là:

A = (Q.100):40 = (110400.100): 40 = 276000J

Công suất của búa là:

P = A/t = 276000 : 90 = 3076 W

Ví dụ 5: Một ấm đồng khối lượng 300g chứa 1 lít nước ở nhiệt độ 15^oC. Hỏi phải đun trong bao nhiêu lâu thì nước trong ấm bắt đầu sôi? Biết trung bình mỗi giây bếp truyền cho ấm một nhiệt lượng 500J. Bỏ qua sự hao phí về nhiệt ra môi trường xung quanh.

Lời giải

Nhiệt lượng cần truyền để đun sôi ấm nước:

Q = Q_ấm + Q_nước = (m.c + m_n.c_n).(t₂ – t₁)

= (0,3.380 + 1.4200).(100 – 15) = 366690J.

Thời gian đun:

t = Q/Q₀ = 366690 : 500 = 733,38 giây = 12 phú 14 giây

Hy vọng đọc xong bài viết của chúng tôi các bạn có thể nắm được công thức tính nhiệt lượng để áp dụng vào làm bài tập nhanh chóng và đơn giản nhé