Bài tập nhiệt lượng, sự chuyển thể các chất là dạng bài tập liên quan đến sự biến đổi các chất, để giải bài tập nhiệt lượng cần nắm vững lý thuyết và các công thức sau
Dạng bài tập sự chuyển thể của các chất cơ bản
Phương pháp giải
a/Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra, hoặc thu vào hoặc cần cung cấp để một vật thay đổi từ nhiệt độ từ t1 sang nhiệt độ t2
$Q_{1 }= mC(t_{2} – t_{1 })$
Trong đó:
- m: khối lượng của vật (kg)
- C: nhiệt dung riêng của chất cấu tạo nên vật (J/kgK)
- Q1: nhiệt lượng (J)
Công thức tính nhiệt lượng cần thiết để một vật rắn nóng chảy hoàn toàn
Q2= λ.m
Trong đó:
- Q2: nhiệt nóng chảy (J)
- λ: nhiệt nóng chảy riêng (J/kg)
Công thức tính nhiệt lượng cần thiết để lượng chất lỏng hóa hơi hoàn toàn
Q$_{3 }$= L.m
Trong đó:
- Q3: nhiệt hóa hơi (J)
- L: nhiệt hóa hơi riêng (J/kg)
Nhiệt lượng cần thiết để một vật từ trạng thái rắn hóa hơi hoàn toàn
Q = Q1 + Q2 + Q3
Dạng bài tập truyền nhiệt, cân bằng nhiệt
$Q_\text{tỏa}=Q_\text{thu}$ =>
(m1C1+ m2C2 + m3C3)(t1 – t)=(m4C4+ m5C5+ m6C6)(t – t2)
trong đó
- t là nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt xảy ra
- t1 nhiệt độ của các vật khối lượng m1; m2; m3
- t2 (< t1) nhiệt độ của các vật khối lượng m4; m5; m6
Bài tập nhiệt lượng, sự chuyển thể các chất
Bài tập 1: 2kg nước đã ở nhiệt độ 0oC cần nhiệt lượng cung cấp là bao nhiêu để chuyển lên nhiệt độ 60oC biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kgK, nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.105 J/kg.K.
phân tích bài toán
m=2kg; Δt=60oC; λ=3,4.105J/kgK; C=4200J/kg.K
Giải:
Q=λ.m + mCΔt=1,132.106(J)
Bài tập 2: Tính nhiệt lượng cần thiết để 500g nước đá ở -5oC hóa hơi hoàn toàn ở nhiệt độ 100oC. Biết nhiệt dung riêng của nước đá và của nước là 4180J/kgK, nhiệt hóa hơi của nước là 2,26.106 (J/kg) nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,34.105 J/kg,
phân tích bài toán
m=500g=0,5kg; Δt=105; C=4180J/kgK; L=2,26.106(J/kg); λ=3,34.105 J/kg
Giải:
Q=λ.m + m.C.Δt + L.m= 1516450(J)
Bài tập 3: Có 1,8 lít nước ở nhiệt độ 25oC tính nhiệt lượng cần thiết để 1,8lít nước đó đạt đến nhiệt độ sôi và 1/3 lượng nước bị hóa hơi hoàn toàn. Cho nhiệt hóa hơi của nước là 2,26.106J/kg, nhiệt dung riêng của nước là 4180J/kgK.
phân tích bài toán:
m =1,8 lít=1,8kg; Δt=75; L=2,26.106J/kg, C=4180J/kgK
Giải
Q=m.C.Δt + 1/3m.L=1920300(J)
Bài tập 4: Một bình nhôm có khối lượng 200g, chứa 300g nước ở nhiệt độ 20oC. Thả một cục nước đá khối lượng 50g ở nhiệt độ 0oC vào bình nhôm ở trên. Tinh nhiệt độ trong bình nhôm khi xảy ra hiện tượng cân bằng nhiệt coi nhiệt độ truyền ra ngoài môi trường là không đáng kể. Cho nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,34.105 J/kg ; nhiệt dung riêng của nước đá và của nước là 4200J/kgK; nhiệt dung riêng của nhôm 880J/kgK.
phân tích bài toán
m1=200g=0,2kg; m2=300g=0,3kg; m3=50g =0,05kg; C1=880; C2=C3=4200
t1=20oC; t2=0oC; λ=3,34.105(J/kg)
Gọi t là nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt xảy ra. Khi bỏ đá lạnh vào trong bình nhôm nhiệt độ từ bình nhôm truyền sang nước đá làm nước đá hóa lỏng và tăng lên nhiệt độ t.
Giải
Q$_{tỏa}$=Q$_{thu}$ => (m1C1 + m2C2)(t1 – t)=m3C3.(t – t2) + λm3
=> t=7,3oC
Bài tập 5: Một bình nhiệt lượng kế bằng nhôm khối lượng 150g chứa 200g nước ở nhiệt độ 20oC. Thả một cục nước đá ở nhiệt độ 0oC vào trong thì thấy nước đá chỉ tan một phần. Coi nhiệt độ truyền ra ngoài môi trường xung quanh là không đáng kể. Tính khối lượng nước đá đã tan vào trong nước. Biết nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,34.105J/kg; nhiệt dung riêng của nhôm 880J/kgK; nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kgK.
phân tích bài toán:
do nước đá chỉ tan một phần mà không tan hết chứng tỏ nhiệt độ khi xảy ra cân bằng nhiệt là 0oC
m1=150g=0,15kg; m2 =200g=0,2kg; C1=880; C2=C3=4200;
t1=20oC; t=t2=0oC;
Giải
Q$_{tỏa}$=Q$_{thu}$ => (m1C1 + m2C2)(t1 – t)=m3C3(t2 – t) + m3.λ
=> m3=0,05kg
Bài tập 6: 100g nước ở nhiệt độ 20oC đựng trong một cốc nhôm khối lượng 50g. Thả một quả cầu kim loại khối lượng 50g đã nung nóng bằng sắt vào trong cốc nước, nhiệt độ từ quả cầu kim loại đã làm 5g nước bị hóa hơi trong quá trình tiếp xúc. Nhiệt độ trong cốc tăng lên đến khi có cân bằng nhiệt thì nhiệt độ nước trong cốc là 80oC. Tính nhiệt độ ban đầu của quả cầu kim loại trước khi nhúng vào trong nước. Coi nhiệt độ truyền ra ngoài môi trường là không đáng kể. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4180J/kg; nhiệt dung riêng của sắt 460J/kgK; nhiệt dung riêng của nhôm 880J/kgK; nhiệt hóa hơi của nước là 2,26.106J/kg.
phân tích bài toán:
Q$_{tỏa}$=phần nhiệt lượng mà sắt tỏa ra
Q$_{thu}$=nhiệt lượng mà nước và nhôm nhận được để tăng nhiệt độ lên 80oC + nhiệt lượng của 5g nước tăng từ 20oC lên 100oC rồi mới bắt đầu hóa hơi.
Khi bắt đầu chạm vào 5g nước đã bốc hơi nên lượng nước tăng từ 20oC lên 80oC chỉ có 95g
Giải
Q$_{tỏa}$=Q$_{thu }$ => 0,05.460(t – 80)=(0,05.880+0.095.4200)(80-20) + 5.10-3.4200.(100-20) + 5.10-3.2,26.106
=> t=1800oC