Chuyên đề Sự trao đổi nhiệt của hai chất và nhiều chất chưa có sự chuyển đổi chất

Ngày soạn : 08/02/2012 Ngày dạy : 16/02/2012 Tiết : 66 - 73 Chuyên đề : sự trao đổi nhiệt của hai chất và nhiều chất chưa có sự chuyển đổi chất I, Kiến thức cơ bản 1.Nhiệt lượng vật thu vào( chưa có sự chuyển đổi chất). m : là khối lượng của vật ( kg ) c : là nhiệt dung riêng ( ) , : là nhiệt độ lúc sau và lúc đầu của vật ( oC ) Lưu ý 2.Nhiệt lượng vật tỏa ra (chưa có sự chuyển đổi chất). m : là khối lượng của vật ( kg ) c : là nhiệt dung riêng ( ) , : là nhiệt độ lúc sau và lúc đầu của vật ( oC ) Lưu ý 3.Phương trinh cân bằng nhiệt : là tổng nhiệt lượng thu vào. : là tổng nhiệt lượng tỏa ra. 4.Nhiệt lượng cua m kg nhiên liệu tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn. m : là khối lượng của nhiên liệu (Kg). q : là năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu. Q : là nhiệt lượng nhiên liệu tỏa ra. 5. Hiệu suất của động cơ nhiệt ( hoặc việc sử dụng nhiệt). - : là nhiệt lượng vật nhận vào để tăng nhiệt độ. - : là nhiệt lượng mà nguồn nhiệt cung cấp 9 do nhiên liệu cháy hoặc vật khác tỏa ra ). II,Phương pháp. - Xác định các chất thu nhiệt, các chất tỏa nhiệt. - Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt để thiết lập các phương trình cần thiết. III.Bài Tập. Bài 1: Người ta cho vòi nước nóng 700C và vòi nước lạnh 100C đồng thời chảy vào bể đã có sẳn 100kg nước ở nhiệt độ 600C. Hỏi phải mở hai vòi trong bao lâu thì thu được nước có nhiệt độ 450C. Cho biết lưu lượng của mỗi vòi là 20kg/phút. Bỏ qua sự mất mát năng lượng ra môi trường. Giải Vì lưu lượng hai vòi chảy như nhau nên khối lượng hai loại nước xả vào bể bằng nhau.Gọi khối lượng mỗi loại nước là m(kg): Ta có: m.c(70 – 45) + 100.c(60 – 45) = m.c(45 – 10) 25.m + 1500 = 35.m 10.m = 1500 Thời gian mở hai vòi là: Bài 2: Một chiếc ca không có vạch chia được dùng để múc nước ở thùng chứa I và thùng chứa II rồi đổ vào thùng chứa III. Nhiệt độ của nước ở thùng chứa I là t1 = 20 0C, ở thùng II là t2 = 80 0C. Thùng chứa III đã có sẵn một lượng nước ở nhiệt độ t3 = 40 0C và bằng tổng số ca nước vừa đổ thêm. Cho rằng không có sự mất mát nhiệt lượng ra môi trường xung quanh. Hãy tính số ca nước cần múc ở thùng I và thùng II để nước ở thùng III có nhiệt độ bằng 50 0C ? Giải Gọi m là khối lượng của mỗi ca nước, n1 là số ca nước ở thùng I, n2 là số ca nước ở thùng II Vậy số ca nước ở thùng III là n1+ n2, nhiệt độ cân bằng của nước trong thùng III là 500C Ta có : Nhiệt lượng thu vào của số nước từ thùng I là : Q1 = m1.c.(50-20) = n1.m.c.30 (1) Nhiệt lượng tỏa ra của số nước từ thùng II là : Q2 = m2.c.(80-50) = n2.m.c.30 (2) Nhiệt lượng thu vào của số nước từ thùng III là : Q3 =(n1+n2).m.c.(50 - 40) = (n1+n2).m.c.10 (3) Do quá trình là cân bằng nên ta có : Q1 + Q3 = Q2 (4) Thay hệ thức (1), (2), (3) vào hệ thức (4) ta được: 2n1= n2 Như vậy nếu mức ở thùng II: n ca thì phải múc ở thùng I: 2n ca và số nước có sẵn trong thùng III là: 3n ca (n nguyên dương ) Bài 3: Trong một bình nhiệt lượng kế chứa hai lớp nước. Lớp nước lạnh ở dưới và lớp nước nóng ở trên. Tổng thể tích của hai khối nước này thay đổi như thế nào khi chúng sảy ra hiện tượng cân bằng nhiệt?. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với bình và với môi trường. Giải Gọi V1; V2; V’1; V’2 lần lượt là thể tích nước nóng, nước lạnh ban đầu và nước nóng, nước lạnh khi ở nhiệt độ cân bằng. độ nở ra hoặc co lại của nước khi thay đổi 10C phụ thuộc vào hệ số tỷ lệ K. sự thay đổi nhiệt độ của lớp nước nóng và nước lạnh lần lượt là ∆t1 và ∆t2. V1 = V’1 + V’1K∆t1 và V2 = V’2 - V’2K∆t2 Ta có V1 + V2 = V’1 + V’2 + K(V’1∆t1 - V’2∆t2) Theo phương trình cân bằng nhiệt thì: m1C∆t1 = m2C∆t2 với m1, m2 là khối lượng nước tương ứng ở điều kiện cân bằng nhiệt, vì cùng điều kiện nên chúng có khối lượng riêng như nhau Nên: V’1DC∆t1 = V’2DC∆t2 Þ V’1∆t1 – V’2∆t2 = 0 Vậy: V1 + V2 = V’1 + V’2 nên tổng thể tích các khối nước không thay đổi Bài 4. Người ta thả một thỏi đồng nặng 0, 4kg ở nhiệt độ 800c vào 0, 25kg nước ở = 180c. Hãy xác định nhiệt độ cân bằng. Cho c = 400 j/kgk c= 4200 j/kgk Giải Gọi nhiệt độ khi cân bằng của hỗn hợp là t. Ta có phương trình cân bằng nhiệt của hỗn hợp như sau Thay số vào ta có t = 26,20C Bài 5. Một hỗn hợp gồm ba chất lỏng không có tác dụng hoá học với nhau có khối lượng lần lượt là: Biết nhiệt dung riêng và nhiệt độ của chúng lần lượt là . Hãy tính nhiệt độ hỗn hợp khi cân bằng Tương tự bài toán trên ta tính ngay được nhiệt độ của hỗn hợp khi cân bằng là t t = thay số vào ta có t = 20,50C Bài 6. Một hỗn hợp gồm n chất lỏng có khối lượng lần lượt là và nhiệt dung riêng của chúng lần lượt là và nhiệt độ là . Được trộn lẩn vào nhau. Tính nhiệt độ của hỗn hợp khi cân bằng nhiệt Tương tự bài toán trên ta có nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp khi cân bằng nhiệt là t = bài 7 : có 2 bình cách nhiệt.bình 1 chúa nước ở nhiệt độ ,bình 2 chứa nước ở .người ta rót một lượng nước từ bình 1 sang bình 2,sau khi cân bằng nhiệt,nguoif ta lại rót một lượng nước m như thế từ bình 2 sang binh 1.nhiệt độ cân bằng ở bình 1 lúc này là . a, Tính lượng nước m trong mỗi lần rót và nhiệt độ cân bằng ở bình 2. b,nếu tiếp tục thực hiện lần 2,tìm nhiệt độ cân bằng ở mỗi bình. Bài giải a, *Trường hợp 1: rót m (kg) nước từ bình 1 sang bình 2. - gọi là nhiệt độ cân bằng ở bình 2. - nhiệt lượng mà m (kg) thu vào để tăng nhiệt độ từ lên đến là. nhiệt lượng mà (Kg) nước ở bình 2 tỏa ra là. áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta có. *Trường hợp 2 rót m (kg) nước từ bình 2 sang bình 1. - gọi là nhiệt độ cân bằng ở bình 1. - nhiệt lượng mà m (kg) nước tỏa ra để giảm từ xuống đến là. Nhiệt lượng mà ( kg nước ở bình 1 thu vào để tăng từ đến là. Làm bài tập từ bài 2.7 đến 2.29 trong sách bài tập