Giải Lí 8: Bài 25. Phương trình cân bằng nhiệt

Bài 25. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT
KIẾN THỨC CẦN NAM vững
Khi có 2 vật truyền nhiệt cho nhau thì:
Nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn cho tới khi nhiệt độ 2 vật bằng nhau thì sự truyền nhiệt ngừng lại.
Nhiệt lượng vật này tỏa ra bằng nhiệt lượng vật kia thu vào.
Phương trình cân bằng nhiệt: Qtõa ra = Qthu vào-
Nếu vật chứa chát lỏng như bình nhôm, đồng... thu vào nhiệt lượng (Q') hoặc tỏa ra nhiệt lượng (Q") thì phương trình cân bằng nhiệt được viết là:
Qtòa ra + Q” = Qthu vào + Q'
TRẢ LỜI CÂU HỎI
II. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BANG NHIỆT - VẬN DỤNG
Cl. a) Hãy dùng phương trình cân bằng nhiệt để tính nhiệt độ của hỗn hợp gồm 200 g nước đang sôi đố vào 300 g 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?
Trả lời
a) Coi nhiệt độ trong phòng là 25°c. Gọi t là nhiệt độ hỗn hợp khi có cân bằng nhiệt.
Nhiệt lượng do 200 g nước sôi tỏa ra: Qi = mi.ctti - t)
Nhiệt lượng do 300 g nước thu vào: Q2 = m2.c(t - t2)
Phương trình cân bằng nhiệt:
Qi = Q2 hay mi.c(ti - t) = m2.c(t - t2)
m1t1+m2t2 _ 0,2.100 + 0,3.25 _ KK0r.
—£	—	i	—	_____	—	 —	00
m, + m2	0,2 + 0,3
b) Nhiệt độ tính được không bằng nhiệt độ đo được là vì trên thực tế có sự mất nóng lên thêm bao nhiêu độ?
Trả lời
Nhiệt lượng nước nhận được băng đúng nhiệt lượng do miếng đồng tỏa ra là:
Q, = Q, = midlti - t) = 0,5.380(80 - 20) = 11400J
Độ tăng nhiệt độ của nước là:
At =	= -ựịỉỉhh = 5>43°c-
m9c„ 0,5.4200
C3. Để xác định nhiệt dung riêng của một kim loại, người ta bo vao. nhiệt lượng kế chứa 500 g nước ở nhiệt độ 13°c một miếng kim loại có khối lượng 400 g được nung nóng tới 100°C. Nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt là 20°C. 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 là 4190J/kg.K.
Trả lời
Nhiệt lượng do kim loại tỏa ra là:
Qi = mjCilti - t)
Nhiệt lượng do nước thu vào là:
Q2 = m2c2(t - t2)
Phương trình cân bằng nhiệt:
Qi = Q2 hay miCi(ti - t) = m2c2(t - t2)
Nhiệt dung riêng của kim loại là:
= m2c2(t-t2) = 0,5.4190(20-13) = 458 28J/kg.K. m,(tj-t) 0,4(100-20)
c. GIẢI BÀI TẬP
Bl. Người ta thả ba miếng đồng, nhôm, chì có cùng khối lượng vào một cốc nước nóng. Hãy so sánh nhiệt độ cuối cùng của ba miếng kim loại trên.
Nhiệt độ của ba miếng bằng nhau.
Nhiệt độ của miếng nhôm cao nhất, sau đó là miếng đồng, miếng chì.
c. Nhiệt độ của miêng chì cao nhất, sau đó là miếng đồng, miếng nhôm.
D. Nhiệt độ của miếng đồng cao nhất, sau đó là miếng nhôm, miếng chì.
Trả lời
Chọn câu A: Nhiệt độ của ba miếng bằng nhau.
B2, Người ta thả ba miếng đồng, nhôm, chì có cùng khối lượng và cùng được nung nóng tới 100CC vàô một cốc nước ìạnn. Hãy so sánh nhiệt lượng do các mieng_kim 'lõại trên truyền cho nước.
Nhiệtìượng của ba miếng truyền cho nước bằng nhau.
Nhiệt lượng của miếng nhôm truyền cho nước lớn nhất, rồi đến miếng đồng, miếng chì.
c. Nhiệt lượng của miếng chì truyền cho nước lớn nhất, rồi đến miếng đồng, miếng nhôm.
D. Nhiệt lượng của miếng đồng truyền cho nước lớn nhất, rồi đến miếng nhôm, miếng chì.
Trả lời
Chọn câu B: Nhiệt lượng của miếng nhôm truyền cho nước lớn nhất, rồi đến miếng đồng, miếng chì.
B3. Một học sinh thả 300g chì ở nhiệt độ 100°C vào 250g nước ở 58,5°c làm cho nước nóng lên tới 60°C.
Hỏi nhiệt độ của chì ngay khi có cân bằng nhiệt.
Tính nhiệt lượng nước thu vào.
Tính nhiệt dung riêng của chì.
So sánh nhiệt dung riêng của chì tính được với nhiệt dung riêng của chì tra trong bảng và giải thích tại sao có sự chênh lệch. Lấy nhiệt dung riêng của nước là 4190J/kg.K.
Trả lời
Nhiệt độ cuối của chì bằng nhiệt độ cuối của nước, bằng 60°C.
Nhiệt lượng nước thu vào là:
Q = miCi(t - ti) = 4190.0,25(60 - 58,5) = 1571,25J
Nhiệt lượng trên là do chì tỏa ra, do đó có thể tính được nhiệt
dung riêng của chì là:
o	1571.25	
c = 	—	- = —.	= 130,93J/kg.K
m2(t2-t)	0,3(100-60)
Chỉ gần bằng, vì đã bỏ qua nhiệt lượng truyền cho môi trường xung quanh.
B4. Một nhiệt lượng kế chứa 2 lít nước ở nhiệt độ 15°c. Hỏi nước nóng lên tới bao nhiêu độ nếu bỏ vào nhiệt lượng kế một quả cân bằng đồng thau khối lượng 500g được nung nóng tới 100°C. Lấy nhiệt dung riêng của đồng thau là 368J/kg.K, của nước là 4186J/kg.K. Bỏ qua lượng nhiệt truyền cho nhiệt lượng kế và môi trường bên ĩĩgõãi.
Trả lời
Nhiệt lượng quả cân tỏa ra là:
Qi = mjCiiti - t) = 0,5.368(100 - t)	
Nhiệt lượng nước thu vào ìà:	
Q2 = m2c2(t- t2) = 2,5.4186(t - 15)
Vì nhiệt lượng tỏa ra bằng nhiệt lượng thu vào nên:
0,5.368(100 - t) = 2,5.4186(t - 15)
Suy ra t - 16,82°c
B5. Người ta thả một miếng đồng khối lượng 600g ở nhiệt độ 100°C vào 2,5kg nước. Nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là 30°C. Hỏi nước nóng lên thêm bao nhiêu độ, nếu bỏ qua sự trao đối nhiệt với bình đựng nước và môi trường bên ngoài?
Trả lời
Nhiệt lượng đồng tỏa ra là:
Qi = miCitti- t) = 380.0,6(100 - 30)
Nhiệt lượng nước thu vào là:
Q2 = m2c2(t- t2) = 2,5.4200(t - t2)
Vì nhiệt lượng tỏa ra bằng nhiệt lượng thu vào nên:
380.0,6(100 - 30) = 2,5.4200(t - t2)
Suy ra t - t2 l,5°c
B6. Đố’ 738g nước ở nhiệt độ 15°c vào một nhiệt lượng kế bằng đồng có khôi lượng lOOg, rồi thả vào đó một miếng đồng có khôi lượng 200g và nhiệt độ 100°C. Nhiệt độ khi bắt đầu có cân bằng nhiệt là 17°c. Tính nhiệt dung riêng của đồng, lấy nhiệt dung riêng của nước là 4186J/kg.K.
Tra lời
Nhiệt lượng do miếng đồng tỏa ra là:
Qi = miCi(t!- t) = 0,2.C!(100 - 17)
Nhiệt lượng do nước và nhiệt lượng kế thu vào là:
Q2 = m2c2(t2- t) = 0,738.4186(17 - 15)
Và: Q3 = m3c3(t2 — t) = 0,l.Ci(17 - 15)
Vì nhiệt lượng tỏa ra bằng nhiệt lượng thu vào nên:
Qi = Q2 + Q3 (1)
Thay số vào phương trình (1) ta tính được giá trị của Qi = 377J/kg.K.
B7 . Muôn có 100 lít nước ỏ' nhiệt độ 35 C bbiì pnảĩ đố bao nhiêu lít nước đang sôi vào bao nhiêu lít ơ nhiệt độ 150C?
Cho c = 4190-J^g.K;
Trả lời
Gọi X là khôi lượng nước ở 15°c và y là khôi lượng nước đang sôi.
Ta có : X + y = 100kg	(1)
Nhiệt lượng y kg nước đang sôi tỏa ra là:
Qy = y. 4190(100- 35)
Nhiệt lượng nước X kg nước ở nhiệt độ 15°c thu vào đế nóng lên 35°c là: Q2 = X.4190C35- 15)
Vì nhiệt lượng tỏa ra bằng nhiệt lượng thu vào nên: y. 4190 (100 - 35) = X. 4190(35 - 15)	(2)
Giải hệ phương trình giữa (1) và (2) ta được:
X= 76,5kg và y = 23,5kg.
Như vậy, phải đổ 23,5 lít nước đang sôi vào 76,5 lít nước ỏ' 15°c đế có 100 lít nước ở 35°c.