Bài tập nâng cao phần nhiệt học

Nhiệt học NHIỆT HỌC I./ Sự nở nhiệt: 1) Tính chất: - Các chất (rắn, lỏng, khí) - nói chung - nóng nở ra, lạnh co lại - Đặc biệt, nước thể rắn (nước đá) thể tích tăng nên mặt nước; tăng nhiệt độ từ 00C đến 40C co lại, tăng từ 40C trở lên nở - Các chất (rắn, lỏng, khí) khác nở nhiệt khác - Chất khí nở nhiệt > chất lỏng > chất rắn - Các chất co dãn sinh lực lớn 2) Băng kép: gồm hai kim loại khác chất (như đồng thép) ghép chặt với Khi nóng băng kép cong lên: kim loại nở nhiều (đồng) nằm ngồi, kim loại nở (thép) nằm (phần lõm) II./ Nhiệt độ - Nhiệt kế - Nhiệt giai: 1) Nhiệt độ: Nhiệt độ vât cao nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật chuyển động nhanh 2) Nhiệt kế: - Là dụng cụ dùng để đo nhiệt độ - Có nhiều loại: nhiệt kế y tế; nhiệt kế thuỷ ngân; nhiệt kế rượu (hay dầu) 3) Nhiệt giai: Có nhiều loại nhiệt giai: - Nhiệt giai Xenxiut (0C): chọn nước đá tan 00C; nước sôi 1000C - Nhiệt giai Farenhai (0F): chọn nước đá tan 320F; nước sôi 2120F Suy ra: 10C = 1,80F hay 10F = 1/1,8 0C - Nhiệt giai Kenvin (K): chọn nước đá tan 273K; nước sôi 373K Suy 10C = 1K - Đổi 0C sang 0F 0F sang 0C: Ví dụ 1: Đổi 200C sang 0F: 200C = 00C + 200C = 320F + (20 x 1,80F) = 680F Ví dụ 2: Đổi 680F sang 0C: 680F = 320F + 360F = 00C + (36/1,8 0C) = 200C III./ Nhiệt năng: Tổng động phân tử cấu tạo nên vật gọi nhiệt vật Có cách làm thay đổi nhiệt năng: thực công truyền nhiệt IV./ Nhiệt lượng: Là phần nhiệt mà vật nhận thêm hay bớt trình truyền nhiệt Có cách truyền nhiệt Đặng Hữu Tuý – THCS Phú Dương – Phú Vang Trang Nhiệt học 1) Dẫn nhiệt: - Là truyền nội từ hạt sang hạt khác vật - Dẫn nhiệt chủ yếu xảy chất rắn - Kim loại dẫn nhiệt tốt - Chất lỏng dẫn nhiệt (trừ dầu thuỷ ngân) - Chất khí dẫn nhiệt 2) Đối lưu: Là truyền nội dòng chất lỏng hay chất khí Dòng chất lỏng (hay khí) nóng từ lên dòng chất lỏng (hay khí) lạnh từ xuống 3) Bức xạ nhiệt: Là truyền nội cách phát tia nhiệt thẳng Các vật nóng phát xạ nhiệt V./ Nhiệt dung riêng: Nhiệt dung riêng chất cho biết nhiệt lượng cần truyền cho 1kg chất tăng thêm 10C Ký hiệu: C Đơn vị: J/kg.K Ví dụ: Nói nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.K có nghĩa Muốn 1kg nước tăng thêm 10C cần cung cấp nhiệt lượng 4200J VI./ Cơng thức tính nhiệt lượng: 1) Cơng thức: Q = m.C.∆t Trong đó: Q: nhiệt lượng thu vào (hay toả ra) (J) m: khối lượng vật (kg) ∆t: độ tăng (hay giảm) nhiệt độ (0C) Nếu tính nhiệt lượng thu vào để tăng nhiệt độ: ∆t = t2 – t1 Nếu tính nhiệt lượng toả để giảm nhiệt độ: ∆t = t1 – t2 Chú ý: Có nhiều tốn ta khơng biết vật tăng hay giảm nhiệt độ (vì tốn cho ẩn số) ta tính: ∆t = t0cuối – t0đầu Lúc ∆t dương hay âm => Q dương hay âm Nếu Q > 0: vật thu nhiệt Nếu Q < 0: vật toả nhiệt 2) Phương trình cân nhiệt: Nếu biết rõ vật toả nhiệt, vật thu nhiệt, ta dùng phương trình: Qtoả = Qthu (1) Nếu khơng biết rõ, ta dùng phương trình: Q1 + Q2 + Q3 = (2) Trong Q1; Q2; Q3 dương âm (xem phần ý mục VI./ 1) Phương trình (1) áp dụng cho trường hợp có vật: vật nóng vật lạnh Phương trình (2) áp dụng cho trường hợp - Đặng Hữu Tuý – THCS Phú Dương – Phú Vang Trang Nhiệt học VII./ Sự chuyển thể chất: 1) Sự nóng chảy đơng đặc: a) Tính chất: - Sự chuyển chất từ thể rắn sang thể lỏng gọi nóng chảy - Sự chuyển chất từ thể lỏng sang thể rắn gọi đông đặc - Một chất bắt đầu nóng chảy nhiệt độ bắt đầu đơng đặc nhiệt độ Trong suốt thời gian nóng chảy (hay đơng đặc) nhiệt độ vật khơng thay đổi - Mỗi chất nóng chảy (hay đông đặc) nhiệt độ định Nhiệt độ gọi nhiệt độ nóng chảy (hay nhiệt độ đơng đặc) chất Ví dụ: Với nước 00C; với băng phiến 800C b) Nhiệt nóng chảy: Nhiệt lượng cần thiết cho 1kg chất rắn chuyển từ thể rắn sang thể lỏng nhiệt độ nóng chảy gọi nhiệt nóng chảy chất Ký hiệu: λ (lăm-đa) Đơn vị: J/kg Ví dụ: Nói nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4 × 105 J/kg Nghĩa là: muốn cho 1kg nước đá 00C hố lỏng hết cần nhiệt lượng 3,4 × 105 J c) Công thức: Q = m.λ Trong đó: Q: nhiệt lượng cần thiết (J) m: khối lượng vật (kg) λ: nhiệt nóng chảy chất làm vật (J/kg) Chú ý: Nhiệt lượng vật toả đơng đặc nhiệt lượng vật thu vào nóng chảy Như cơng thức Q = m.λ dùng vật đông đặc, lúc λ gọi nhiệt đơng đặc 2) Sự hố ngưng tụ: a) Tính chất: - Sự chuyển chất từ thể lỏng sang thể gọi hoá - Sự chuyển chất từ thể sang thể lỏng gọi ngưng tụ - Sự bay hoá xảy mặt thoáng chất lỏng Tốc độ bay chất lỏng phụ thuộc vào: + Nhiệt độ chất lỏng: nhiệt độ cao, tốc độ bay nhanh + Diện tích mặt thống: diện tích rộng, tốc độ bay nhanh + Gió mặt thống: gió nhiều, tốc độ bay nhanh + Bản chất chất lỏng: rượu bay nhanh nước, nước bay nhanh dầu - Sự sơi hố xảy mặt thống lòng chất lỏng + Mỗi chất lỏng sôi nhiệt độ định Nhiệt độ gọi nhiệt độ sôi hay điểm sôi + Trong suốt thời gian sôi, nhiệt độ chất lỏng không thay đổi + Nhiệt độ sôi phụ thuộc áp suất mặt thống chất lỏng: áp suất tăng nhiệt độ sơi tăng; áp suất giảm nhiệt độ sơi giảm Đặng Hữu Tuý – THCS Phú Dương – Phú Vang Trang Nhiệt học Ví dụ: Ở áp suất thường (1atm), nhiệt độ sôi nước 100 0C; áp suất 10 atm nhiệt độ sơi nước 1800C; áp suất 0,1 atm nước sơi 500C b) Nhiệt hoá hơi: Nhiệt lượng cần thiết cho 1kg chất chuyển từ thể lỏng sang thể nhiệt độ sơi gọi nhiệt hố chất Ký hiệu: L Đơn vị: J/kg Ví dụ: Nói nhiệt hố nước L = 2,3 × 106 J/kg nghĩa là: Muốn cho 1kg nước 1000C hố hồn tồn cần cung cấp nhiệt lượng 2,3 × 106 J c) Cơng thức: Q = m.L Trong đó: Q: Nhiệt lượng cần thiết (J) m: khối lượng vật (kg) L: Nhiệt hoá (J/kg) Chú ý: Nhiệt lượng vật toả ngưng tụ nhiệt lượng vật thu vào hố Như công thức Q = m.L dùng vật ngưng tụ, lúc L gọi nhiệt ngưng tụ VIII./ Năng suất toả nhiệt: 1) Định nghĩa: Nhiệt lượng toả đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu gọi suất toả nhiệt nhiên liệu Ký hiệu: q Đơn vị: J/kg Ví dụ: Nói suất toả nhiệt xăng q = 4,6 × 107 J/kg nghĩa là: Đốt cháy hết 1kg xăng toả nhiệt lượng 4,6 × 107 J 2) Cơng thức: Q = m.q Trong đó: Q: nhiệt lượng toả (J) m: khối lượng nhiên liệu (kg) q: suất toả nhiệt nhiên liệu (J/kg) IX./ Hiệu suất động nhiệt: H = Năng lượng (cơng) có ích Năng lượng toàn phần nhiên liệu toả Đặng Hữu Tuý – THCS Phú Dương – Phú Vang × 100% Trang Nhiệt học 1) 2) Người ta bỏ lọ thuỷ tinh bên có chứa nước vào cốc nước Đun cốc nước Hỏi nước cốc sơi nước lọ có sơi khơng Giải thích? Người ta thả thỏi đồng nặng 0,4kg nhiệt độ 80 0C vào 0,25kg nước nhiệt độ 180C Hãy xác định nhiệt độ có cân nhiệt Cho: Cđồng = 400 J/kg.K; Cnước = 4200 J/kg.K (ĐS: 26,20C) Trộn lẫn rượu vào nước người ta thu hỗn hợp nặng 140g nhiệt độ 36 0C Tính khối lượng nước khối lượng rượu pha Biết ban đầu rượu; nước có nhiệt độ lần lượt: t1 = 190C; t2 = 1000C Nhiệt dung riêng rươu; nước là: C1 = 2500J/kg.K; C2 = 4200J/kg.K (ĐS: 19,18g; 120,82g) 3) 4) 5) 6) 7) 8) Một nhiệt lượng kế khối lượng m1 = 100g chứa lượng m = 500g nước nhiệt độ t1 = 150C Người ta thả vào m = 150g hỗn hợp bột nhôm thiếc nung nóng tới t2 = 1000C Khi có cân nhiệt, nhiệt độ t = 17 0C Tính khối lượng m3 nhơm m4 thiếc có hỗn hợp Nhiệt dung riêng của: nhiệt lượng kế; nước, nhôm thiếc lần lượt: C = 460J/kg.K; C2 = 4200J/kg.K; C3 = 900J/kg.K; C4 = 230J/kg.K (ĐS: 25g; 125g) Một hệ gồm n vật trao đổi nhiệt với nhau, khối lượng vật m 1; m2; ; mn nhiệt độ ban đầu t1; t2; ; tn làm chất có nhiệt dung riêng C 1; C2; ; Cn Tính nhiệt độ hệ có cân nhiệt ĐS: m1C1t1 + m2C2t2 + + mnCntn m1C1 + m2C2 + + mnCn Người ta thả đồng thời 200g sắt 15 C 450g đồng 250C vào 150g nước 800C Tính nhiệt độ có cân nhiệt Cho nhiệt dung riêng sắt; đồng; nước: 460J/kg.K; 400J/kg.K; 4200J/kg.K (ĐS:62,40C) Hai bình nước giống nhau, chứa hai lượng nước Bình thư có nhiệt độ t 1, bình thứ hai có nhiệt độ t2 = 3t1/2 Sau trộn lẫn vào nhiệt độ cân 25 0C Tìm nhiệt độ ban đầu bình (ĐS: 200C; 300C) Có hai bình cách nhiệt Bình chứa m = 2kg nước t1 = 400C Bình chứa m2 = 1kg nước t2 = 200C Trút từ bình sang bình lượng nước m (kg), bình nhiệt độ ổn định lại trút lượng nước từ bình sang bình Nhiệt độ cân bình lúc t’1 = 380C Tính khối lượng nước m trút lần nhiệt độ cân t’2 bình (ĐS: 0,25kg; 240C) Đặng Hữu Tuý – THCS Phú Dương – Phú Vang Trang Nhiệt học 9) 10) 11) 12) 13) 14) 15) 16) Người ta đổ m1 (kg) nước nhiệt độ t = 600C vào m2 (kg) nước đá nhiệt độ t = -50C Khi có cân nhiệt, lượng nước thu m = 50kg nhiệt độ t = 25 0C Tính m1; m2 Biết: NDR nước; nước đá: C1 = 4200J/kg.K; C2 = 2100J/kg/K Nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4 105J/kg (ĐS: 37,8kg; 12,2kg) Người ta dẫn 0,2kg nước t1 = 1000C vào bình chứa 1,5kg nước t2 = 150C Tính nhiệt độ chung khối lượng nước bình có cân nhiệt Biết NDR nhiệt hoá nước là: C = 4200J/kg.K; L = 2,3 106 J/kg (ĐS: 89,40C; 1,7kg) Thả cục đá lạnh khối lượng m1 = 900g vào m2 = 1,5kg nước t2 = 60C Khi có cân nhiệt, lượng nước lại 1,47kg Xác định nhiệt độ ban đầu nước đá Cho nhiệt dung riêng nước đá; nước là: C1 = 2100J/kg.K; C2 = 4200J/kg.K Nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105J/kg (ĐS: -25,40C) Người ta trộn m1 = 500g nước đá, m2 = 500g nước nhiệt độ t1 = 00C vào xô nước nhiệt độ 500C Khối lượng tổng cọng chúng m = 2kg Tính nhiệt độ có cân nhiệt Cho nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.K Nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105J/kg (ĐS: 4,760C) Người ta dẫn m1 = 0,4kg nước t1 = 1000C từ lò vào bình chứa m = 0,8kg nước đá 00C Hỏi có cân nhiệt, khối lượng nhiệt độ nước bình bao nhiêu? Biết nhiệt hoá nước: L = 2,3 10 J/kg, nhiệt nóng chảy nước đá: λ = 3,4.105J/kg (ĐS: 1,06kg; 1000C) Một người thợ rèn rìu thép khối lượng m = 8kg cách nung nóng đến t1 = 4000C thả vào xô chứa m2 = 4kg nước t2 = 400C Tính khối lượng nhiệt độ nước xơ có cân nhiệt Nhiệt dung riêng thép C1 = 460 J/kg.K; nước C2 = 4200J/kg.K; nhiệt hoá nước L = 2,3 106 J/kg (ĐS: 3,958kg; 1000C) Trong bình đậy kín có cục nước đá mà đá có chứa viên chì (khối lượng đá M = 100g, khối lượng chì m = 5g) mặt nước Hỏi phải tốn lượng nhiệt để cục đá (có viên chì bên trong) bắt đầu chìm xuống nước? Biết KLR chì Dchì = 11,3g/cm3; nước Dn = 1g/cm3; nước đá Dđá = 0,9g/cm3; nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105J/kg; nhiệt độ nước bình 00C (ĐS: 20.060J) Trong bình nhiệt lượng kế có chứa nước đá nhiệt độ t = -50C Người ta đổ vào bình m = 0,5kg nước t2 = 800C Sau cân nhiệt, thể tích chất chứa bình V = 1,2lít Tìm khối lượng chất chứa bình Biết KLR nước; nước đá: D n = Đặng Hữu Tuý – THCS Phú Dương – Phú Vang Trang Nhiệt học 1000kg/m3; Dđá = 900kg/m3 NDR nước; nước đá: C n = 4200J/kgK; Cđá = 2100J/kgK Nhiệt nóng chảy nước đá λ = 340000J/kg (ĐS: 1,18kg) 17) Trong cục nước đá lớn C có hốc với thể tích V = 160cm Người ta rót vào hốc 60g nước 750C Hỏi nước nguội hẳn thể tích hốc rỗng lại Cho KLR nước; nước đá là: D n = 1g/cm3; Dđ = 0,9g/cm3 Nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,36.105J/kg (ĐS: 106,25cm3) 18) 19) 20) 21) Một bình cách nhiệt chứa đầy nước t0 = 200C Người ta thả vào bình bi nhơm t = 1000C, sau cân nhiệt nhiệt độ nước bình t = 30,30C Người ta lại thả bi thứ hai giống hệt bi nhiệt độ nước cân nhiệt t = 42,60C Xác định nhiệt dung riêng nhôm Biết KLR nước nhôm: 1000kg/m 2700kg/m3 Nhiệt dung riêng nước 4200J/kgK (ĐS: 501,7J/kg.K) Một bình hình trụ có chiều cao h1 = 20cm, diện tích đáy S1 = 100cm2 đặt mặt bàn nằm ngang Đổ vào bình lít nước nhiệt độ t = 800C Sau thả vào bình khối trụ đồng chất có diện tích đáy S2 = 60cm2, chiều cao h2 = 25 cm nhiệt độ t2 Khi cân nhiệt đáy khối trụ song song cách đáy bình x = 2cm Nhiệt độ nước bình cân nhiệt t = 65 0C Bỏ qua nở nhiệt chất trao đổi nhiệt với bình mơi trường xung quanh Biết khối lượng riêng nước D = 1000kg/m3, nhiệt dung riêng nước c1= 4200J/kg.K, chất làm khối trụ c2 = 2000J/kg.K a/ Tính khối lượng khối trụ nhiệt độ t2 b/ Phải đặt thêm lên khối trụ vật có khối lượng tối thiểu bao nhiêu, để khối trụ chạm đáy bình Có hai bình cách nhiệt, bình A chứa lít nước 60 0C, bình B chứa lít nước 20 0C Đầu tiên, rót phần nước bình A sang bình B Sau cân lại rót từ bình B sang bình A lượng nước với lần rót trước Nhiệt độ cân bình A 59 0C Tính lượng nước rót từ bình sang bình lần? Có hai cốc thuỷ tinh giống đựng 100g nước nhiệt độ t = 1000C Người ta thả vào cốc thứ miếng nhơm 500g có nhiệt độ t (t2 < t1) cốc thứ hai miếng đồng có nhiệt độ với miếng nhôm Sau cân nhiệt nhiệt độ hai cốc a) Tính khối lượng miếng đồng b) Trường hợp nhiệt độ ban đầu miếng nhôm 20 0C nhiệt độ đạt cân 700C Hãy xác định khối lượng cốc Cho biết nhiệt dung riêng thuỷ tinh, nước, nhôm, đồng, C = 840J/kg.K, C2 = 4200J/kg.K, C3 = 880J/kg.K, C4 = 380J/kg.K Đặng Hữu Tuý – THCS Phú Dương – Phú Vang Trang Nhiệt học 22) 23) 24) Một nồi nhôm chứa nước 20 0C, nước nồi có khối lượng 3kg Đổ thêm vào nồi lít nước sơi nhiệt độ nước nồi 45 0C Hãy cho biết: phải đổ thêm lít nước sơi để nhiệt độ nước nồi 60 0C Bỏ qua mát nhiệt mơi trường ngồi q trình trao đổi nhiệt, khối lượng riêng nước 1000kg/m3 Hai sắt đồng có chiều dài 2m 300C Hỏi chiều dài dài dài nung nóng hai lên 200 0C? Biết nung nóng lên thêm 10C sắt dài thêm 0,000018 chiều dài ban đầu, đồng dài thêm 0,000012 chiều dài ban đầu Một lò sưởi giữ cho phòng nhiệt độ 200C nhiệt độ trời 50C Nếu nhiệt độ ngồi trời hạ xuống tới – 50C phải dùng thêm lò sưởi có cơng suất 0,8KW trì nhiệt độ phòng Tìm cơng suất lò sưởi đặt phòng lúc đầu? Đặng Hữu Tuý – THCS Phú Dương – Phú Vang Trang .. .Nhiệt học 1) Dẫn nhiệt: - Là truyền nội từ hạt sang hạt khác vật - Dẫn nhiệt chủ yếu xảy chất rắn - Kim loại dẫn nhiệt tốt - Chất lỏng dẫn nhiệt (trừ dầu thuỷ ngân) - Chất khí dẫn nhiệt. .. (hay khí) lạnh từ xuống 3) Bức xạ nhiệt: Là truyền nội cách phát tia nhiệt thẳng Các vật nóng phát xạ nhiệt V./ Nhiệt dung riêng: Nhiệt dung riêng chất cho biết nhiệt lượng cần truyền cho 1kg chất... giảm) nhiệt độ (0C) Nếu tính nhiệt lượng thu vào để tăng nhiệt độ: ∆t = t2 – t1 Nếu tính nhiệt lượng toả để giảm nhiệt độ: ∆t = t1 – t2 Chú ý: Có nhiều tốn ta khơng biết vật tăng hay giảm nhiệt