Phương trình cân bằng nhiệt

Phương trình cân bằng nhiệt là một trong những kiến thức trọng tâm trong chương trình Vật lí 8. Vậy phương trình cân bằng nhiệt như thế nào? Mời các bạn hãy cùng Download.vn theo dõi bài viết dưới đây.

Bạn đang đọc: Phương trình cân bằng nhiệt

Phương trình cân bằng nhiệt là tài liệu vô cùng hữu ích bao gồm nguyên lí truyền nhiệt, công thức phương trình cân bằng nhiệt kèm theo một số bài tập có đáp án kèm theo. Thông qua tài liệu này giúp các bạn học sinh lớp 8 có thêm nhiều gợi ý tham khảo, củng cố kiến thức để đạt được kết quả cao trong các bài kiểm tra, bài thi học kì 2 Vật lí 8.

Phương trình cân bằng nhiệt

1. Nguyên lí truyền nhiệt

Khi có hai vật truyền nhiệt với nhau thì:

• Nhiệt tự truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.
• Sự truyền nhiệt xảy ra cho đến khi nhiệt độ của hai vật bằng nhau thì ngừng lại.
• Nhiệt lượng do vật này thu vào bằng nhiệt lượng do vật kia tỏa ra.

2. Phương trình cân bằng nhiệt

– Trong quá trình trao đổi nhiệt, nhiệt lượng vật này tỏa ra bằng nhiệt lượng vật kia thu vào.

– Phương trình cân bằng nhiệt:

Q_tỏa = Q_{thu vào}

Trong đó: Q_{thu vào} = m.c. Δ t

• Δ t là độ tăng nhiệt độ
• Δ t = t2 – t1 (t2 > t1)

Q_tỏa = m’.c’. Δ t’

• Δ t’ là độ giảm nhiệt độ
• Δ t’ = t1’ – t2’ (t1’ > t2’)

Chú ý: Đối với hệ có nhiều vật truyền nhiệt cho nhau thì trước hết ta phải xác định được những vật nào tỏa nhiệt và những vật nào thu nhiệt. Sau đó viết công thức tính nhiệt lượng cho từng vật tỏa nhiệt và thu nhiệt. Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: Tổng nhiệt lượng do các vật tỏa ra bằng tổng nhiệt lượng do các vật thu vào để giải bài toán.

3. Bài tập phương trình cân bằng nhiệt

Câu 1: Người ta thả một miếng đồng khối lượng 0,5 kg vào 500 g nước. Miếng đồng nguội đi từ 80°C xuống 20°C. Hỏi nước nóng lên thêm bao nhiêu độ? Biết nhiệt dung riêng của đồng là 380 J/kg.K, của nước là 4200 J/kg.

Gợi ý đáp án

Nhiệt lượng mà miếng đồng tỏa ra là:

Q₁ = m_cuc_cu(80 – 20) = 0,5.380.(80 – 20) = 11400 J

Nhiệt lượng mà nước nhận được là:

Q₂ = m_nướcc_nướcΔt

Theo phương trình cân bằng nhiệt, ta có:

Q₁ = Q₂ = 11400 J

⇒ Δt = Q₂ (m_nước. c_nước ) = 11400 / (0,5.4200) = 5,43⁰C

Vậy nước nóng thêm được 5,43°C

Câu 2: Trộn ba chất lỏng không có tác dụng hóa học với nhau có khối lượng lần lượt là m₁ = 2 kg, m₂ = 3 kg, m₃ = 4 kg. Biết nhiệt dung riêng và nhiệt độ của chúng lần lượt là c₁ = 2000 J/kg.K, t₁ = 57°C, c₂ = 4000 J/kg.K, t₂ = 63°C, c₃ = 3000 J/kg.K, t₃ = 92°C. Nhiệt độ hỗn hợp khi cân bằng là bao nhiêu?

Gợi ý đáp án

– Giả sử rằng, lúc đầu ta trộn hai chất có nhiệt độ thấp hơn với nhau, ta thu được một hỗn hợp có nhiệt độ cân bằng là t’ 3.

– Ta có phương trình cân bằng nhiệt:

Q₁ = Q₂ ⇔ m₁c₁(t’ – t₁) = m₂c₂(t₂ – t’) (1)

– Sau đó ta đem hỗn hợp trộn với chất thứ 3 ta thu được hỗn hợp 3 chất có nhiệt độ cân bằng t_cb (t’ cb 3). Ta có phương trình cân bằng nhiệt:

(m₁c₁ + m₂c₂).(t_cb – t’) = m₃c₃.(t₃ – t_cb) (2)

– Thế (2) vào (1) ta suy ra:

Vậy nhiệt độ hỗn hợp khi cân bằng là t_cb = 74,6°C

Câu 3 

Trộn lẫn rượu vào nước, người ta thu được một hỗn hợp nặng 120,8 g ở nhiệt độ t = 30°C. Tính khối lượng nước và rượu đã pha biết rằng ban đầu rượu có nhiệt độ t₁ = 10°C và nước có nhiệt độ t₂ = 90°C. Nhiệt dung riêng của rượu và nước lần lượt là c₁ = 2500 J/kg.K, c₂ = 4200 J/kg.K.

Gợi ý đáp án

Gọi m₁ và m₂ lần lượt là khối lượng của rượu và nước

– Nhiệt lượng rượu thu vào: Q₁ = m₁c₁(t– t₁)

– Nhiệt lượng nước tỏa ra: Q₂ = m₂c₂(t₂ – t)

– Ta có phương trình cân bằng nhiệt:

Q₁ = Q₂ ⇔ m₁c₁(t – t₁) = m₂c₂(t₂ – t)

⇒ m₁ = 5,04m₂

Mặt khác m₁ + m₂ = 120,8 g