Nhiệt lượng là gì? Những đặc điểm và công thức tính nhiệt lượng

Chu Văn An

Nhiệt là một thuật ngữ quen thuộc trong vật lý và cũng được sử dụng rất nhiều trong cuộc sống. Vậy nhiệt là gì? Đặc điểm của họ là gì? Công thức đúng để tính nhiệt lượng là gì? Hãy cùng ENGCHEM giải đáp thắc mắc và làm một số bài tập về nhiệt nhé!

1. Nhiệt là gì?

Nhiệt lượng là lượng nhiệt năng mà một vật nhận hoặc mất đi trong quá trình truyền nhiệt.

Lượng nhiệt mà một vật hấp thụ để nóng lên phụ thuộc vào ba yếu tố sau:

• Khối lượng của vật: Nếu khối lượng của vật càng lớn thì nhiệt lượng mà vật hấp thụ cũng lớn hơn.
• Nhiệt độ tăng: Lượng nhiệt mà vật hấp thụ càng lớn.
• Chất tạo nên đồ vật.

Nhiệt là gì?

2. Đặc tính nổi bật của nhiệt

• Lượng nhiệt mà một vật cần hấp thụ để phục vụ quá trình gia nhiệt phụ thuộc hoàn toàn vào khối lượng của vật, độ tăng nhiệt độ của vật cũng như nhiệt dung riêng của vật liệu làm nên vật đó.
• Nhiệt dung riêng cao: Lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng nhiên liệu trong máy bơm.
• Nhiệt dung riêng thấp: Nhiệt dung riêng cao giúp loại bỏ nhiệt bay hơi của nước thoát ra và hình thành trong quá trình đốt mẫu nhiên liệu.
• Nhiệt dung của nhiệt lượng kế và lượng nhiệt cần thiết để làm nóng nhiệt lượng kế đến 1oC ở điều kiện tiêu chuẩn (còn gọi là giá trị nước của nhiệt lượng kế).

Đặc tính nổi bật của nhiệt

3. Công thức tính nhiệt lượng

Nhiệt lượng được tính theo công thức sau:

Q = mc∆t

Trong đó:

Q: là nhiệt lượng mà vật hấp thụ hoặc toả ra. Đơn vị là Jun (J).

m: là khối lượng của vật, tính bằng kg.

c: là nhiệt dung riêng của chất đó, đo bằng J/kg.K (Nhiệt dung riêng của một chất có thể biểu thị lượng nhiệt cần thiết để làm 1kg chất đó tăng thêm 1 độ C).

∆t là sự thay đổi nhiệt độ hay nói cách khác là sự biến đổi nhiệt độ (Độ C hoặc K)

• ∆t = t2 – t1
• ∆t > 0: vật tỏa nhiệt
• ∆t < 0: vật hấp thụ nhiệt

Ví dụ: Khi nói nhiệt dung của than là 5,10^6 J/kg thì có nghĩa là khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg than sẽ tỏa ra một lượng nhiệt lượng là 5,10^6.

Nhiệt dung riêng thường được sử dụng để tính nhiệt trong quá trình gia công vật liệu xây dựng và để lựa chọn vật liệu tiếp xúc nhiệt. Bảng nhiệt dung riêng của một số chất thông dụng như sau:

4. Phương trình cân bằng nhiệt & Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra

4.1 Phương trình cân bằng nhiệt

Q thu thập = Q bức xạ

• Q thu được: là nhiệt lượng tổng cộng của vật khi hấp thụ.
• Q bức xạ: tổng nhiệt lượng của vật khi phát ra.

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

Q = qm

Trong đó:

• Q: nhiệt lượng do vật toả ra (J).
• q: nhiệt dung của nhiên liệu (J/kg)
• m: là khối lượng nhiên liệu khi đốt cháy hoàn toàn, tính bằng kg.

Hình ảnh nhiệt lượng tỏa ra khi nhiên liệu cháy

>>>XEM THÊM: : Phương trình nhiệt phân KClO3.5H2O

5. Các thiết bị phân tích nhiệt phổ biến trong than

5.1 Bom đo nhiệt lượng CT2100

• Dải đo: 0- 32 000 J/g.
• Độ phân giải nhiệt độ: 0,001 oC.
• Độ chính xác: 0,2%.
• Sai số nhiệt độ tối đa với than: 160 J/g.

5.2 Bom calo CT5000

• Độ chính xác nhiệt độ: <0,2%.
• Độ ổn định lâu dài: <0,2%.
• Độ phân giải nhiệt độ: 0,0001 oC.
• Phạm vi nhiệt độ: 0 – 32 MJ/KG.
• Sai số nhiệt độ tối đa với than: 160 J/g.

5.3 Bom đo nhiệt lượng CT6000

• Độ chính xác nhiệt độ: <0,1%.
• Độ ổn định lâu dài: <0,2%.
• Độ phân giải nhiệt độ: 0,0001 oC.
• Phạm vi nhiệt: 1000 – 400000 kJ/kg.
• Sai số nhiệt độ tối đa với than: 160J/g.

5.4 Bom đo nhiệt lượng CT7000

• Độ chính xác: .10,1%.
• Độ ổn định lâu dài: ≤ 0,15%.
• Sai số tuyệt đối tối đa trong nhiệt song song của mẫu:

Đối với than: ≤ 120KJ/kg

Đối với gangue: K60 KJ/kg

• Thời gian thử nhiệt: Thời gian tiêu chuẩn là 7 phút (tổng cộng 12-19 phút) và than được đo nhanh trong thời gian chính (4 phút).
• Độ phân giải nhiệt độ: 0,0001°C.
• Phạm vi kiểm tra: 0- 32 MJ/KG.

6. Một số bài tập chườm nóng

Bài 1: Một bếp điện khi hoạt động bình thường có điện trở R = 80Ω và dòng điện chạy qua bếp là I = 2,5A.

a) Tính nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 1 giây.

b) Dùng bếp điện đun sôi 1,5 lít nước với nhiệt độ ban đầu là 25 độ C, thời gian đun sôi nước là 20 phút. Cho rằng nhiệt lượng cung cấp để đun sôi nước là có ích, hãy tính hiệu suất của bếp. Nhiệt dung riêng của nước là C = 4 200J/kg.K.

c) Thời gian sử dụng bếp điện trong một ngày là 3 giờ. Tính số tiền điện phải nộp trong vòng 30 ngày đối với việc sử dụng bếp điện, nếu giá 1kW.h là 700 đồng.

Giải pháp:

a) Nhiệt lượng do bếp tỏa ra trong 1 giây:

Q = I2.Rt = 2,52,80,1 = 500J

b) Nhiệt lượng do bếp tỏa ra trong 20 phút

Qtp = Q.20,60 = 600000J

Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi nước:

Qi = mc∆t = mc(t2 – t1) = 4200.1.5.(100 – 25) = 472500J

Hiệu suất bếp:

H = Qi/Qtp = 472500/600000 = 78,75 %.

c) Lượng điện bếp tiêu thụ trong 30 ngày tính bằng kWh là:

A = Pt = 500,30,3 = 45000 Wh = 45 kW.h

Vậy số tiền điện phải trả là:

T = 45.700 = 315.000 đồng

Bài 2: Một ấm điện có nhãn 220V – 1000W dùng điện áp 220V để đun sôi 2 lít nước từ nhiệt độ ban đầu là 20 độ C. Hiệu suất đun sôi của ấm là 90%, trong đó nhiệt lượng cung cấp cho nước sôi được coi là có lợi.

a) Tính nhiệt lượng cần thiết để đun sôi lượng nước trên, biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K.

b) Tính nhiệt lượng mà ấm điện tỏa ra lúc đó.

c) Tính thời gian cần thiết để đun sôi lượng nước trên.

Giải pháp:

a) Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi lượng nước trên là:

Qi = mc∆t = mc(t2 – t1) = 4200.2.(100-20) = 672000J

b) Nhiệt lượng mà ấm tỏa ra là:

H = Qi/Qtp => Qtp = Qi/H = 672000/ (90/100) = 746700J

c) Thời gian cần thiết để đun sôi lượng nước trên:

Qtp = A = Pt => t = Qtp/P = 746700/1000 ≈ 747s

Bài 3: Một miếng sắt có khối lượng 22,3 g được đưa vào lò nung để xác định nhiệt độ của lò. Khi miếng sắt có nhiệt độ bằng lò nung thì lấy ra thả vào nhiệt kế chứa 450g, nước ở 15oC, nhiệt độ của nước tăng lên 22,5oC. Xác định nhiệt độ ban đầu của lò?

Giải pháp:

+ Nhiệt tỏa ra:

QFe = mFe.CFe. (t2 -t) = 10,7t2 – 239,8

+ Thu nhiệt:

QH2O = mH2O. CH2O. (t-t1) = 14107,5 (J)

+ Áp dụng phương trình cân bằng ta có:

Qtoa = QThu

<=> 10,7 t2 – 239,8 = 14107,5

=> t2 = 1340,9oC

Bài 4: Một cốc nhôm m = 100g chứa 300 nước ở nhiệt độ 20 độ C. Người ta thả vào cốc một thìa đồng nặng 75g vừa múc từ nồi nước sôi 100 độ. Xác định nhiệt độ của nước trong cốc khi cân bằng nhiệt? Bỏ qua sự toả nhiệt ra bên ngoài. Cho nhiệt dung của nước là 4190J/kg.K, nhiệt dung của nhôm là 880 J/kg.K, nhiệt dung của đồng là 380 J/kg.K.

Giải pháp:

– Nhiệt tỏa ra:

QCu = mCu. Ccu. (t2-t) = 2850 – 28,5t

– Thu nhiệt:

QH2O = mH2O. CH2O. (t – t2) = 1257t- 25140

QAl = mAl. Cal. (t-t1) = 88t- 1760

+ Áp dụng phương trình cân bằng ta có:

Qtoa = Qthu = 280 – 288,5t = 1257t – 25140 + 88t – 1760

=> t = 21,7oC

Bài tập 5: Trộn ba chất lỏng không phản ứng hóa học với nhau. Biết khối lượng m1 = 1kg. m2 = 10kg; m3 = 5kg, nhiệt độ và nhiệt dung riêng lần lượt là t1 = 6oC; c1 = 2kJ/kg.độ, t2 = -40oC; c2 = 4kJ/kg.độ, t3 = 60oC; c3 = 2kJ/kg.độ. Tìm thấy

a/ Nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp

b/ Lượng nhiệt cần thiết để làm nóng hỗn hợp đến 6oC

Giải pháp:

a/ Phương trình cân bằng nhiệt: Q1 + Q2 + Q3 = 0

c1m1(t-t1) + c2m2(t – t2) + c3m3(t – t3) = 0 => t = – 19oC

b/ Đun nóng hỗn hợp đến t' = 6o

Q = (c1m1 + c2m2 + c3m3)(tt') = 1300kJ

Bài viết này hy vọng cung cấp cho các bạn một số kiến ​​thức cơ bản cần biết về nhiệt là gì, đặc điểm của nó, công thức tính nhiệt và một số ví dụ bài tập cụ thể. Các bạn có thể tham khảo để áp dụng trong quá trình học tập và làm bài cũng như áp dụng vào công việc. Chúc bạn thành công!