Tài liệu ôn tập - Phần I: Sự truyền nhiệt

Phần I: SỰ TRUYỀN NHIỆT 1. Công thức tính nhiệt lượng: Q = mc ∆t Q: nhiệt lượng mà vật nhận thêm hay mất bớt đi (J) m : khối lượng của vật (Kg) c : nhệt dung riêng của chất cấu tạo nên vật ( J/Kg.K) t1 : Nhệt độ ban đầu của vật ( 0C ) t2 : Nhệt độ cuối của vật ( 0C ) * Chú ý: + Nếu t2 > t1 : Q = mc( t2 – t1) nhận nhiệt + Nếu t2 < t1 : Q = mc( t1 – t2) tỏa nhiệt 2. Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng: Q tỏa ra = Q nhận vào 3. Nhiệt lượng do nhiên liệu bị đốt cháy: Q = qm Q : nhệt lượng tỏa ra (J) q : năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu ( J/Kg) m : khối lượng nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn ( Kg) * Hiệu suất: Qi: nhiệt lượng thu vào( hay nhiệt lượng có ích ) (J). Qi = mc∆t Qt : Nhiệt lượng tỏa ra ( hay nhiệt lượng toàn phần) ( J) Qt = qm H : Hiệu suất ( %) Bài Tập: Trong một nhiệt lượng kế có chứa 1Kg nước và 1kg nước đá ở cùng nhiệt độ 0 0C, người ta rót thêm vào đó 2kg nước ở 500C. Tính nhiệt độ cân bằng cuối cùng. Người ta thả một cục nước đá ở nhiệt độ t1 = -500C vào một lượng nước ở t2 = 600C để nthu được 25kg nước ở 250C. Tính khối lượng của nước đá và của nước. Để xác định hiệt độ của một chiếc lò, người ta đốt trong lò một cục sắt có khối lượng m1 = 0,5kg rồi thả nhanh vào trong bình chứa m2 = 4kg nước ở nhiệt độ ban đầu t1 = 10C. Nhiệt độ cuối cùng trong bình t2 = 28 0C. Hãy xác định nhiệt độ của lò. Bỏ qua trao đổi nhiệt với vỏ bình. Nhiệt dung riêng của sắt là C1= 460 J/kg.K của nước C2= 4200J/kg.K. Người ta thả một miếng sắt khối lượng 400g được nung nóng đến 700C vào một bình chứa 500g nước ở nhiệt độ 200C. Xác định nhiệt độ của nước khi có cân bằng nhiệt độ. Gọi nhiệt lượng do bình nước thu vào là không đáng kể. Nhiệt dung riêng của sắt là C1= 460 J/kg.K của nước C2= 4200J/kg.K. Để xác định nhiệt dung riêng của một kim loại, người ta bỏ vào nhiệt lượng kế chứa 500g nước ở nhiệt độ 130C một miếng kim loại có khối lượng 400g được nung nống tới 1000C.Nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt là 200C. 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 Để có 1,2 kg nước ở 400C người ta trộn nước ở 200C với nước ở 860C. Tính khối lượng nước mỗi loại. Bỏ một quả cầu đồng thau có khối lượng 1kg được nung nóng đến 1000C vào trong thùng sắt có khối lượng 500g đựng 2kg nước ở 200C . Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường . Tìm nhiệt độ cuối cùng của nước . Biết nhiệt dung riêng của đồng thau C1=0,38.103J/kg.K sắt là C2=0,46.103J/kg.K, của nước là C3=4,2.103J/kg.K. Tìm nhiệt lượng cần thiết đẻ đun sôi nước từ nhiệt độ câu a) ( có cả quả cầu ) đến 500 C. Một hỗn hợp gồm ba chất lỏng không có tác dụng hóa học với nhau có khối lượng lần lượt là : m1 = 1kg, m2 = 2kg, m3 = 3kg. Biết nhiệt dung riêng và nhiệt độ của chúng lần lượt là : C1 = 2000J/kg.K, t1 = 100C; C2 = 4000J/kg.K, t2 = 100C; C3 = 3000J/kg.K, t3 = 500C. Hãy tìm: Nhiệt độ hỗn hợp khi cân bằng nhiệt. Nhiệt lượng để làm nóng hỗn hợp từ điều kiện ban đầu đến 300C. a) Tính nhiệt lượng cần thiết để đun nóng một chi tiết máy bằng thép có khối lượng 0,2 tấn từ 200C đến 3700C biết nhiệt dung riêng của thép là 460J/kg.K b)Tính khối lượng cần thiết để cung cấp nhiệt lượng trên , biết năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu là 46000J/kg và chỉ 40% nhiệt lượng dùng để đun nóng vật. 1.10. Có hai bình cách nhiệt, bình thứ nhất chứa 4 lít nước ở nhiệt độ 800C, bình thứ hai chứa 2 lít nước ở nhiệt độ 200C. Người ta rót một ca nước từ bình 1 vào bình 2. Khi bình 2 đã cân bằng nhiệt thì lại rót một ca nước từ bình 2 sang bình 1 để lượng nước hai bình như lúc đầu. Nhiệt độ nước ở bình 1 sau khi cân bằng là 740C. Xác định lượng nước đã rót trong mỗi lần. 1.11. Một máy bơm nước dùng dầu đưa dược 50 Cm3 nước lên cao 4m trong thời gian 13 phút 20 giây. a) Tính công suất của máy bơm. b) Trong thời gian trên máy tiêu thụ hết 0,5 kg dầu. tính hiệu suất của máy bơm. Cho năng suất tỏa nhiệt của dầu là 40.106 J/kg. 1.12. Công suất của một động cơ ôtô là 15kW và hiệu suất là 25%. a) Tính công của đông cơ sinh ra trong một giờ b) Tính lượng xăng tiêu hao để sinh ra công đó , biết rằng năng suất tỏa nhiệt của xăng là 4,5.107 J/kg. 1.13. Với 2 lít xăng một xe máy công suất 1,6kW chuyển động với vận tốc 36km/h sẽ đi được bao nhiêu km? Biết hiệu suất của động cơ là 25%. Năng suất tỏa nhiệt của xăng là 4,6.107 J/kg. Khối lượng riêng của xăng là 700kg.m3. 1.14. Khi đốt cháy 200g dầu hỏa của bếp dầu thì có thể đun sôi 11 lít nước có nhiệt độ ban đầu t1 = 200C. Hãy xác định hiệu suất của bếp . Biaats rằng năng suất tỏa nhiệt của dầu hỏa là q = 45.106J/kg. 1.15. ( T 2008- 2009) Có hai bình cách nhiệt, bình 1 chứa m1 = 2kg nước ở t1 = 200C, bình 2 chứa m2 = 4kg nước ở t2 = 600C. Người ta rót một lượng nước tử bình 1 sang bình 2, sau khi cân bằng nhiệt, người ta lại rót một lượng nước m như thế nào từ bình 2 sang bình 1. Nhiệt độ cân bằng ở bình 1 lúc này là t1 =21,950C. Tính lượng nước m trong mỗi lần rót và nhiệt độ cân bằng t2 của bình 2. Nếu tiếp tục thực hiện lần thứ hai, tìm nhiệt độ cân bằng của mỗi bình. 1.16. ( T 05 -06) Một cái bình bằng đồng có khối lượng 120g, chứa 800g nước ở nhiệt độ 180C. Người ta thả vào bình nước một thỏi chì cóa khối lượng 450g ở nhiệt độ 950C. Tính nhiệt độ của thỏi chì, nước và bình khi có cân bằng nhiệt. Cho biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K, của đồng là 380J/kg.K, của chì là 130J/kg.K 1.17. ( T 05 – 06) Một thỏi đồng có khối lượng 3,5 kg và nhiệt đọ 2600C. Sau khi nó tỏa ra nhiệt lượng 250kJ thì nhiệt độ của nó là bao nhiêu? Cho biết nhiệt dung riêng của đồng là 380J/kg.K 1.18 ( T 06 -07) Trong khi làm thí nghiệm để xác định nhiệt dung riêng của chì, Một học sinh thả một miếng chì có khối lượng 300g được nung nóng tới 1000C và 250g nước ở 58,50C làm cho nước nóng lên đến 600C. a) Tính nhiệt lượng nước thu được . b) Tính nhiệt dung riêng của chì. c) Tại sao kết quả tính được chỉ gần đúng giá trị ghi ở bảng nhiệt dung riêng của một số chất. Cho biết nhiệt dun g riêng của của nước là 4200J/kg.K. Phần II: SỰ CHUYỂN THỂ CỦA CÁC CHẤT Sự nóng chảy và sự đông đặc Sự bay hơi và sự ngưng tụ Sự sôi. I Nhiệt nóng chảy: Nhiệt lượng cần thiết cho một kg một chất chuyển từ thể rắn sang thể lỏng ở nhiệt độ nóng chảy gọi là nhiệt nóng chảy của chất đó. Công thức: Q = λ. m Q ; nhiệt lượng cần có (J) λ : nhiệt nóng chảy ( J/kg) m : khối lượng của chất ( kg) Khi đông đặc vật tỏa ra nhiệt lượng đúng bằng nhiệt lượng vật đó thu vào khi nóng chảy. Cách Giải về nhiệt nóng chảy: Nếu vật đang ở nhiệt độ t1 cần phải cung cho vật một nhiệt lượng để đưa vật lên nhiệt độ nóng chảy t2: Q1 = mc ( t2 – t1 ) Khi vật đẫ ở nhiệt độ nóng chảy t2 cần cung cho vật một nhiệt lượng Q2 để vật nóng chảy hoàn toàn : Q2 = λ. m Nhiệt lượng tổng cộng cần cung để vật đó nóng chảy hoàn toàn: Q = Q1 + Q2 II. Nhiệt hóa hơi: Nhiệt lượng cần thiết cho 1 kg một chất chuyển từ thể lỏng sang thể hơi ở nhiệt độ sôi gọi là nhiệt hóa hơi của chất đó. Công thức tính nhiệt lượng thu vào của vật ở thể lỏng hóa thành hơi ở nhiệt độ sôi: Q = L. m Q : Nhiệt lượng thu vào của chất lỏng đã ở điểm sôi hóa thành hơi (J) L : Nhiệt hóa hơi của chất lỏng ở nhiệt độ sôi ( J/kg) m : Khối lượng chất lỏng (kg) Thực nghiệm cho thấy nhiệt lượng hơi tỏa ra khi ngưng tụ đúng bằng nhiệt lượng nó thu vào khi bay hơi. Cách giải bài toán về nhiệt hóa hơi: Nếu chất lỏng ở nhiệt độ t1 thì nhiệt lượng Q1 cần phải cung để đưa chất lỏng từ t1 lên điểm sôi t2 : Q1 = mc ( t2 – t1 ) Khi chất lỏng ở điểm sôi t2, phải tính thêm nhiệt lượng Q2 cần phải cung để chất lỏng đang ở điểm sôi hóa hơi hoàn toàn : Q2 = L. m Nhiệt lượng tổng cộng cần cung để vật đó hóa hơi hoàn toàn: Q = Q1 + Q2 Khi hơi ngưng tụ lại thành chất lỏng thì nhiệt lượng hơi tỏa ra sẽ đúng bằng nhiệt lượng chất lỏng thu vào để hóa hơi hoàn toàn. BÀI TẬP 2.1. Tính nhiệt lượng cồn để cho một miếng nhôm có khối lượng 100g , nhiệt độ 200C nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy. Biết nhiệt độ nóng chảy của nhôm 6580C, nhiệt dung riêng của nhôm C = 880J/kgđộ, nhiệt nóng chảy của nhôm là 3,9. 105J/kg. ĐS: 95144 J 2.2 . Một nhiệt lượng kế bằng đồng có khối lượng 132g, nhiệt dung riêng của đồng là 380J/kg.độ, chứa 300g nước, tất cả ở 150C. Người ta bỏ một miếng nước đá đang tan có khối lượng 25g vào nhiệt lượng kế thì thấy nhiệt độ sau cùng của nước trong bình nhiệt lượng kế là 80C. Tính nhiệt nóng chảy của nước đá. ĐS :3,3.105J/kg 2.3 . Tính khối lượng nước đá cần dùng để cho vào 1 lít nước ở 250C để được nước sau cùng ở 70C. Biết nhiệt nóng chảy của nước đá là 3,4.105J/kg và nhiệt dung riêng của nước là 4200J.kg độ. ĐS: 0,2 kg 2.4.Trên một tảng nước đá ở 00C, người ta đặt một khối 125g nhôm. Khi nhiệt độ khối nhôm hạ xuống đến 00C thì đã làm tan được 94g nước đá. Tính nhiệt độ ban đầu của khối nhôm.. Biết nhiệt dung riêng của nhôm là C = 880J/kg.độ, nhiệt nóng chảy λ = 3,4.105J/kg. ĐS: 2900C 2.5. Một cục nước đá có khối lượng 1,2kg ở nhiệt độ -120C. Tính nhiệt lượng cần dùng để làm nóng chảy cục nước đá này.Biết nhiệt dung riêng của nước đá là 1800j/kg.độ, nhiệt độ nóng chảy của nước đá là 3,4.105 J/kg ĐS: 433,920J 2.6. Thả 1,6 kg nước đá ở - 100C vào một nhiệt lượng kế đựng 1,6 kg nước ở 800C; bình nhiệt lượng kế bằng đồng có khối lượng 200g và có nhiệt dung riêng 380 J/kg.k. a) Nước đá có tan hết hay không? b) Tính nhiệt độ cuối cùng của nhiệt lượng kế. Cho biết nhiệt dung riêng của nước đá Cđ = 2100J/kg.K và nhiệt nóng chảy của nước đá là λ = 336.103 J/kg. ĐS: 00C 2.7. Dùng một bếp điện để đun nóng một nòi đựng nước đá ở - 200C . Sau 2 phút thì bắt đầu nóng chảy. a) Sau bao lâu nước đá nóng chảy hết 10 phút b) sau bao lâu nước bắt đầu sôi. 30 phút c) Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ của nước ( và nước đá ) vào thời gian đun. d) Tìm nhiệt lượng mà bếp tỏa ra từ đầu đến khi nước bắt đầu sôi, biết hiệu suất đun nóng nồi là 60% ĐS : 2100 kJ 2.8. Một cái cốc bằng nhôm rất mỏng, khối lượng không đáng kể, chứa m = 200g nước ở nhiệt độ phòng t0 = 300C. Thả vào cốc một miếng nước đá , khối lượng m1 = 50g và có nhiệt độ t1= -100C, đồng thời có nước bám ở mặt ngoài của cốc . Hãy giải thích nước đó ở đâu ra và tính khối lượng của nó. Biết λđ = 330 kJ/ kg ; C n = 4,2 kJ/ kg.độ ; Cđ = 2,1 kJ/ kg.độ ; L = 2430 kJ/kg. 2.9. Tính nhiệt lượng cần thiết để biến 2 kg nước ở 200C thành hơi nước ở 1000C. ĐS : 5270kJ 2.10. Tìm khối lượng hơi nước ở 1000C cần phải cho ngưng tụ vào 500g nước ở 180C, để được nước lỏng ở 400C . Biết nhiệt hóa hơi của nước ở 1000C là L = 2,3 .106 J/kg, nhiệt dung riêng của nước là C = 4200 J/kg.độ. ĐS: 20 g 2.11. Vỏ bình nhiệt lượng kế có khối lượng 300g bằng đồng có nhiệt dung riêng 380 J/kg.độ, chứa 570g nước tất cả ở 19,85 0C. Người ta dẫn 10g hơi nước ở 1000C vào nhiệt lượng kế này để cho ngưng tụ thì nhiệt độ sau cùng của hệ thống nhiệt lượng kế là 300C. Tính nhiệt hóa hơi của hơi nước ở 1000C, biết rằng nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kgđộ. ĐS : 2,25.106 J/kg 2.12. Tính nhiệt lượng tỏa ra khi 1 kg hơi nước ở 1000C ngưng tụ thành nước và lượng nước đó nguội xuống 00C. Biết nhiệt hóa hơi của nước ở 1000C là 2,3.106 J/kg và nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.độ. ĐS : 2720 kJ 2.13. Tính nhiệt lượng cần thiết để cho 1 kg nước đá ở - 200C biến thành hơi. ĐS : 3096 kJ 2.14. 2 kg nước được đun nóng từ 200C đến khi sôi và 0,5 kg đã biến thành hơi . Tính nhiệt lượng cần thiết để làm việc đó. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kgđộ; nhiệt hóa hơi của nước là 2,8.106J/kg. ĐS : 1822 kJ 2.15. Trong một bình chứa 1kg nước đá ở 00C người ta cho dẫn vào 500g hơi nước ở 1000C. Xác định nhiêt độ và khối lượng nước có trong bình khi nó cân bằng nhiệt. Cho biết nhiệt hóa hơi của nước là 2,3.106 J/kg. ĐS : 1,33 kg 2.16. Một người có một chai nước cất để trên bàn ở trong phòng . Một ngày mùa hè có nhiệt độ là 350C, người đó cần ít nhất 200g nước cất có nhiệt độ 200C để pha thuốc tráng phim. Người đó bèn lấy nước đá trong tủ lạnh để pha với nước cất . Nước đá có nhiệt độ - 100C và có khối lượng riêng D = 920 kg/m3. a) Để có đúng 200g nước ở 200C, phải lấy bao nhiêu gam nước đá và bao nhiêu gam nước cất. b) Tủ lạnh đó chỉ cho những viên đá có kích thước 2 x 2 x 2 Cm và chỉ có thể dùng từng viên trọn vẹn . Vậy người đó nên giải quyết thế nào cho hợp lý nhất ? Biết Cnước = 4,2 kJ/kg.K ; Cnước đá = 2,1 kJ/kg.K ; λnước đá = 335. kJ/kg