Chuyên đề nhiệt học - toanhoclavotan BT nhiet

1 PHẦN II - NHIỆT HỌC Phần gồm có: + Các toán trao đổi nhiệt hai chất nhiều chất + Các tốn có chuyển thể chất + Các toán có trao đổi nhiệt với mơi trường + Các tốn có liên quan đến cơng suất tỏa nhiệt vật tỏa nhiệt + Các toán trao đổi nhiệt qua qua vách ngăn + toán liên quan đến suất tỏa nhiệt nhiên liệu + toán đồ thị biểu diễn tương quan đại lượng đặc trưng I/ Các toán trao đổi nhiệt hai chất nhiều chất Bài 1: Người ta cho vòi nước nóng 700C vòi nước lạnh 100C đồng thời chảy vào bể có sẳn 100kg nước nhiệt độ 600C Hỏi phải mở hai vòi thu nước có nhiệt độ 45 0C Cho biết lưu lượng vòi 20kg/phút Bỏ qua mát lượng môi trường Bài 2: Một ca khơng có vạch chia dùng để múc nước thùng chứa I thùng chứa II đổ vào thùng chứa III Nhiệt độ nước thùng chứa I t = 20 0C, thùng II t2 = 80 0C Thùng chứa III có sẵn lượng nước nhiệt độ t = 40 0C tổng số ca nước vừa đổ thêm Cho mát nhiệt lượng mơi trường xung quanh Hãy tính số ca nước cần múc thùng I thùng II để nước thùng III có nhiệt độ 50 0C ? II/ Các toán có chuyển thể chất Bài 1: Trong bình đồng có đựng lượng nước đá có nhiệt độ ban đầu t =  oC Hệ cung cấp nhiệt lượng bếp điện Xem nhiệt lượng mà bình chứa lượng chất bình nhận tỷ lệ với thời gian đốt nóng (hệ số tỷ lệ khơng đổi) Người ta thấy 60 s nhiệt độ hệ tăng từ t =  oC đến t2 = oC, sau nhiệt độ khơng đổi 1280 s tiếp theo, cuối nhiệt độ tăng từ t = oC đến t3 = 10 oC 200 s Biết nhiệt dung riêng nước đá c1 = 2100 J/(kg.độ), nước c2 = 4200 J/(kg.độ) Tìm nhiệt lượng cần thiết để 1kg nước đá tan hoàn toàn 00c 13.1.Người ta cần rót nitơ lỏng nhiệt độ sơi t 1=-1960C vào bình hình chữ nhật có chiều dài a=24cm, rộng b=20cm, đựng nước t 2=250C Sau nitơ bốc hơi, nước lạnh tới 0Cvà bị phủ màng mỏng nước đá nhiệt độ Xác định bề dày h màng nước đá Xem nitơ bốc bề mặt nước đá lấy nước nhiệt lượng cần thiết Biết thể tích nước bình ban đầu V=1l, khối lượng nitơ m1=0,8 kg, NDR nước nitơ làC=1050j/kg.k, C2=4200j/kg.k, NHH nitơ lỏng L=0,2.106j/kg, KLR nước đá D3 =900kg/m3, nước D2=100kg/m3, NNC nước đá =335kj/kg 13.2 Một bình cổ cong đựng đầy nước 00C người ta làm đông đặc nước bình cách hút hết khơng khí nước bình Hỏi khối lượng nước bị bay % lượng nước bình lúc đầu Bỏ qua trao đổi nhiệt với môi trường, =3,3.105j/kg, L=24,8 105j/kg 13.3 Nước ống chia độ đước làm đông đặc thành nước đá 0C.Người ta nhúng ống vào chất lỏng có khối lượng m=50g, nhiệt độ 150C Khi hệ thống cân nhiệt,người ta thấy thể tích ống giảm 0,42 cm3 Tìm NDR chất lỏng nói Biết KLR nước đá D0=900kg/m3 Bỏ qua trao đổi nhiệt với mơi trường 13.4 Một bình đựng hỗn hợp nước nước đá 0C Người ta cung cấp cho hỗn hợp nhiệt lượng đủ để giữ cho nhiệt độ hỗn hợp khơng thay đổi, cón thể tích hỗn hợp giảm lượng  v Gọi KLR nước 00C Dn, nước đá Dđ, NNC nước đá  Tính a Khối lượng m phần nước đá tan thành nước b Nhiệt lượng Q cần cung cấp cho hỗn hợp c Người ta muốn đưa hỗn hợp nước nước đá trở trạng thái ban đầu cách đổ vào hỗn hợp chất lỏng có nhiệt độ t 0C không tan nước Hỏi khối lượng chất lỏng cần dùng biết NDR C.(bỏ qua trao đổi nhiệt với môi trường) 13.5 Nhiệt nóng chảy chất thay đổi ta hạ nhiệt độ nóng chảy xuống t0C biết nhiệt dung riêng chất thể lỏng thể rắn C C2 giải: giả sử bình thường, nhiệt độ N/c chất T với NNC 1 ; ĐK NĐNC chất hạ xuống đến T2 với NNC 2.xem không cần thực cơng ngoại lựcđể trì NĐNC theo định luật bảo tồn lượng ta có : Tổng nhiệt lượng làm cho chất lỏng nóng chảy T2 đưa chất lỏng đến nhiệt độ T1 phải tổng nhiệt lượng đưa chất thể rắn từ nhiệt độ T2 lên đến nhiệt độ T1 làm nóng chảy T1, nghĩa là: m 2+ m C1  T =mC2  T+ m 1 13.6 Một bình hình trụ tiết diện s; chiều cao h; đựng đầy nước đá 0C , làm đông đặc từ nước đá bình Hỏi 70% nước đá bình tan thành nước, chiều cao cột nước bình bao nhiêu? ( gợi ý:thể tích nước đá bình ? V=Sh thể tích nước đá bị tan; V1=70% Sh Gọi chiều cao cột nước tạo thành h1  h1S Dn = 70% hS Dđ  h1 =70% hDđ/Dn  thể tích nước đá lại là:V2 =30% hS; phần nước đá mạt nước bình làm mực nước dâng thêm  h.Khi cục nước đá lại cân   h.S.Dn=30% hSDđ   h =30%Dđh/Dn. chiều cao cột nước bình H=h+  h = =9/10h ) 13.7* Một bình hình trụ tiết diện S, chiều cao h, đựng đầy nước đá 0C, biết nước đá gồm viên nhỏ, xen chúng khơng khí, tỉ lệ thể tích nước đá khơng khí 80% Hỏi nước đá bình tan 50% khối lượng ban đầu mực nước bình bao nhiêu? ( gợi ý: giải tương tự 2.3) 13.8.Người ta bỏ cục sắt có khối lượng m1=100g có nhiệt độ t1=5270C vào bình chứa m2=1kg nước t2=200C hỏi có kg nước kịp hóa 100 0C biết nhiệt độ cuối hỗn hợp t=240C nhiệt dung riêng sắt C1460j/kgđộ, nhiệt hóa nước 1000Cl = 2,3.106j/kg 13.9 Trong cục nước đá lớn 00C có hốc thể tích v=160 cm3 người ta rót vào hốc m=60g nước 750C Hỏi nước nguội hẳn thể tích hốc rỗng lại (2.58/NC8) 9.10 Ê te chất lỏng dễ bay nhiệt độ thấp 00C Một ống nghiệm thủy tinh mỏng chứa m=100g nước t 1=200C thả vào bình cách nhiệt chưa M=50g ête nhiệt độ t=10 0C Khi ê te bay hết nhiệt độ nước( lại) bao nhiêu? có ống nghiệm? Biết NDR ête lỏng C=2100j/kgđộ, NHHcủa L=3,78 105j/kg Hãy giải toán trường hợp ê te 100g Bỏ qua trao đổi nhiệt với môi trườngvà ống nghiệm.( 2.59/NC8) 13.11 Trong bình có lượng nước 00C cách hút khơng khí khỏi bình, người ta làm cho nước đóng băng a Hãy giait thích tựơng b Hỏi có % nước bị bay hơi, bình cách nhiệt hoàn toàn NHH nứơc 0C L=2,48 105j/kg, NNC nước đá = 3.3.105j/kg c Cũng hỏi câu b Cho 1/2 nhiệt lượng cần thiết để nước đá hóa lấy từ môi trường 13.12 Một nhiệt lượng tỏa làm đông đặc g nước làm cóng đến -100C 13.13 Đổ nhiệt lượng kế lượng kế lượng nước có khối lượng 0,5kg 20 0C, thả vào nước miếng nước đá có khối lượng 2kg nhiệt độ -40 0C Xác định nhiệt độ thể tích Vcủa hỗn hợp nhiẹt lượng kế sau cân nhiệt thiết lập Bỏ qua trao đổi nhiệt với nhiệt lượng kế mơi trường bên ngồi ( NDR KLR chất SGK) 14.1 Ba khối đồng hình lập phương A,B,C giồng nhau,Các khối A B có nhiệt độ 0C, khối C có nhiệt độ 2000C Bằng cách cho khối tiếp xúc với nhau, liệu làm cho nhiệt độ hai khối Avà B cao nhiệt độ khối C không.(bài 2.54/NC8) 14.2.Người ta bỏ ma (kg) kim loại A nhiệt độ t a mb(kg) kim loại B nhiệt độ t b vào bình nhiệt lượng kế có vỏ đồng thau chứa nước nhiệt độ t 3 Nhiệt độ cuối hổn hợp có cân nhiệt t cb Biết nhiệt dung riêng đồng nước Cđ, Cn, nhiệt dung riêng kim loại A B C a Cb Khối lượng tổng cộng đồng nước M Bỏ qua trao đổi nhiệt với môi trường ngồi Tính a Khối lượng đồng nước b với điều kiện miếng kim loại A B đồng nước coi khơng tham gia vào q trình trao đổi nhiệt (ta  tb t0)? VI/ Các toán liên quan đến cơng suất tỏa nhiệt nhiên liệu: Bài tốn: Một bếp dầu hoả có hiệu suất 30% a)Tính nhiệt lượng toàn phần mà bếp toả đốt cháy hoàn tồn 30g dầu hoả? b)Với lượng dầu hoả nói đun lít nước từ 30 0C đến 1000C Biết suất toả nhiệt dầu hoả 44.106J/kg , nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.K Sự chuyển hóa lượng q trình nhiệt 4.1/ Một tơ có cơng suất P= 15000kw Tính cơng máy sinh 1h Biết H=25% Hãy tính lượng xăng tiêu thụ để sinh cơng Biết q=46.106j /kg 4.2/ Một ô tô chạy100 km với lực kéo không đổi 700N, tiêu thụ hết 5lít xăng Tính hiệu suất động Biết KLR NXTN xăng là: D=700kg/m3, q=46.106j/kg 4.3/ Với lít xăng , xe máy có cơng suất 1,4kw chuyển động với vận tốc 36km/h, quãng đường dài bao nhiêu? Biết hiệu suất động H=30%.( Biết KLR NXTN xăng là: D=700kg/m3, q=46.106j/kg.) 4.4*/ Một vật có KLR D=0,4g/cm hỏi vật phải đựơc thả từ độ cao mét so với mặt nước để vật sâu vào nước 18cm? Bỏ qua lực cản khơng khí nước vật chđộng 4.5*/ Một bóng có khối lượng 0,8kg, rơi không vận tốc ban đầu từ độ cao h= 2m xuống nhà cứng Khi chạm sàn nhà bóng nảy lên , vận tốc bóng rời khỏi sàn 2m/s a tính phần bóng chuyển hóa thành nhiệt b Tính độ cao lớn mà bóng nảy lên VII/ Bài toán đồ thị: Bài tốn: Hai lít nước đun bình đun nước có cơng suất 500W Một phần nhiệt tỏa môi trường xung quanh Sự phụ thuộc công suất tỏa môi trường theo thời gian đun biểu diễn đồ thị hình vẽ Nhiệt độ ban đầu nước 200c Sau nước bình có nhiệt độ 300c Cho nhiệt dung riêng nước c = 4200J/kg.K Đồ thị 11.1 giải toán sau đay đồ thị: Thả m1=0,5 kg đồng vào m2= 0,2 kg nước 200C Các định nhiệt độ khicó cân nhiệt, Cho nhiệt dung riêng đồng, nước lầnlượt là: C1=400j/kgđộ, C2=4200j/kgđộ 11.2 giải toán sau đồ thị: Thả 100 g nước đá -100C 500g nước ở410C Xác định nhiệt độ hỗn hợp sau có cân nhiệt (bỏ qua nhiệt) Biết nhiệt dung riêng nước đá 2,1 10 j/kgđộ nhiệt nóng chảy nước đá 3,36 10 j/kg 11.3.Một bình cách nhiệt có dây đốt nóng bên trong, chứa 2kg nước đá kg chất đễ nóng chảy khơng hòa tan nước Nhiệt độ ban đầu bình -40 0C, Dây đốt nóng bắt đầu hoạt động( cơng suất tỏa nhiệt dây khơng đổi) Nhiệt độ bình biến thiên theo thời gian đồ thị hình-3.5 Nhiệt dung riêng nước đá C đ=2000j/kgđộ, chất rắn X C =1000j/kgđộ Hãy xác định nhiệt nóng chảy chất rắn X nhiệt dung riêng chất lỏng X liên hệ 0C, 0F 0K 12.1.thang nhiệt độ Celsi, kíhiệu 0C,lấy nhiệt độ nước đá tan 0C nước sôi 1000C.một nhiệt kế lấy thang nhiệt độ Farenheit,kí hiệu 0F lấy nhiệt độ nước đá tan 32 0F, nhiệt độ nước sôi 2120F Thang nhiệt độ Kenvin, kí hiệu 0K lấy nhiệt độ nước đá tanlà 2730K, nhiệt độ nước sôi 373 0K.So sánh giá trị độ chia thang đo 12.2.Hai nhiệt kế giống hệt kích thước, nhiệt kế có thang nhiệt độ Celsi, kíhiệu 0C,lấy nhiệt độ nước đá tan 0C nước sôi 100 0C.một nhiệt kế lấy thang nhiệt độ Farenheit,kí hiệu 0F lấy nhiệt độ nước đá tan 320F, nhiệt độ nước sôi 2120F a Số đo nhiệt độ thang đo có giá trị nhiệt độ b Nhiệt dung riêng nước ứng với thang nhiệt độ Celsi 4200j/kg độ có giá trị thangnhiệt độ Farenheit? Bảo toàn lượng 15.1**.Trong nhiệt lượng kế hình trụ có diện tích đáy S=30cm2, người ta đổ vào m1= 200cm3 nước nhiệt độ t1= 300C bỏ vào cục nước đá khối lượng m2= 10g nhiệt độ t2= 00C Hãy xác định thay đổi mực nước nước đá tan hết so với mức ban đầu lúc nhiệt lượng kế có cục nước đá Biết nhiệt độ tăng thêm 0C thể tích nước tăng thêm = 2,6.10_3 lần thể tích ban đầu, nhiệt nóng chảy nước đá = 3,34.105j/kg Khối lượng riêng nước nước đá D1= 1000kg/m3, D2=900kg/m3.(CC9) 15.2 Một viên bi thủy tinh tích v=0,2 cm rơi nước( hình 9.10) xác định nhiệt lượng tỏa viên bi dịch chuyển nước h=6cm Khối lương riêng thủy tinh 2,4g/cm3 (B2.56/NC8) PHẦN III - V.Một số tập thực hành CÁC BÀI TOÁN THỰC NGHIỆM CƠ - NHIỆT I/ Các toán thực nghiệm ứng dụng điều kiện cân vật rắn: Bài tốn 1: Hãy tìm cách xác định khối lượng chổi quét nhà với dụng cụ sau: Chiếc chổi cần xác định khối lượng, số đoạn dây mềm bỏ qua khối lượng, thước dây có độ chia tới milimet gói mì ăn liền mà khối lượng m ghi vỏ bao ( coi khối lượng bao bì nhỏ so với khối lượng chổi) Bài tốn 2: Trình bầy phương án xác định khối lượng riêng (gần đúng) chất lỏng x với dụng cụ sau Một cứng, đồng chất, thước thẳng có thang đo, dây buộc khơng thấm nước, cốc nước( biết Dn), Một vật rắn khơng thấm nước( chìm hai chất lỏng), Cốc đựng chất x II/ Các toán thực nghiệm ứng dụng điều kiện cân vật chất lỏng: Bài tốn 1: Trong tay có cốc thủy tinh hình trụ thành mỏng, bình lớn đựng nước, thước thẳng có vạch chia tới milimet Hãy nêu phương án thí nghiệm để xác định khối lượng riêng chất lỏng khối lượng riêng cốc thủy tinh Cho bạn biết khối lượng riêng nước Bài toán 2: Hãy trình bày phương án xác định ( gần đúng) khối lượng riêng vật nhỏ kim loại Dụng cụ gồm: Vật cần xác định khối lượng riêng, lực kế, ca đựng nước nhúng chìm hồn tồn vật, số sợi dây nhỏ mềm bỏ qua khối lượng coi khối lượng riêng không khí D1 khối lượng riêng nước D2 biết 5 III/ Các toán thực nghiệm ứng dụng áp suất lòng chất lỏng: Bài tốn: Trình bày cách xác định khối lượng riêng dầu hỏa phương pháp thực nghiệm với dụng cụ gồm: hai ống thủy tinh rỗng giống ống cao su mếm nối khít hai ống thủy tinh , cốc đựng nước nguyên chất, cốc đựng dầu hỏa , thước dài có độ chia nhỏ đến mm bút vạch dấu, phễu rót thích hợp, giá thí nghiệm Trọng lượng riêng nước biết dn IV/ Các tốn thực nghiệm ứng dụng phương trình cân nhiệt: Bài toán: Hãy nêu phương án xác định nhiệt dung riêng chất lỏng khơng có phản ứng hóa học với chất tiếp xúc Dụng cụ gồm: nhiệt lượng kế có nhiệt dung riêng C k, nhiệt kế phù hợp, cân khơng có cân, hai cốc thủy tinh, nước có nhiệt dung riêng C n, bếp điện bình đun BT Bổ xung: 5.1/ Trình bày phương án xác định nhiệt dung qk nhiệt lượng kế nhiệt dung riêng C k chất làm nhiệt kế Dụng cụ: NLK, NK, nước( biết Cn ),bình đun bếp điện ,cân cân 5.2/ Nêu phương án xác định NDR chất rắn với dụng cụ sau: Nước(đã biết Cn),NLK ( biết Ck), nhiệt kế, cân cân, bình đun , bếp điện.,dây buộc ( mở rộng: xét trường hợp Ck chưa biết) 5.3 Hãy nêu cách xác định NNC nước đá bằngcác dụng cụ sau: NLK(đã biết C k) ,NK, cân cân, nước (đã biết Cn) nước đá tan 00C 5.4 Trình bày phương pháp xác định nhiệt nóng chảy muối ăn với dụng cụ sau:cân, NK,NLK, bình chứa nước, muối ăn 5.5 Lập phương án xác định NHH nước với dụng cụ sau: nước (đã biết C n),bếp điện, NK, đồng hồ, cân cân 5.6* Nêu phương án xác định NDR chất lỏng X dụng cụ Sau: nước( biết Cn)NLK(đã biết Ck), NK,cân cân,bình đun; bếp điện, chất X (giải lại toán chưa biét Ck)** Một số toán thực hành khác: 5.7 Hãy nêu phương án xác định NDR chất lỏng( không phản ứng hóa học với nước vật chứa) cho dụng cụ trường hợp đây: a Nước (đã biết Cn); nhiệt lượng kế ( biết Ck); nhiệt kế ;cân cân; bìh đun; bếp điện b** Nước( biếtCn);NLK (đã biết Ck); ; nhiệt kế; bình đun; bếp điện; cân ( khơng có cân); hai cốc giống c hai nhiệt lượng kế giống nhau; hai nhiệt kế;hai dây may so giống nhau; nguồn điện thích hợp; nước; cân (nhưng khơng có cân; ; cốc d** Cân ( khơng có cân); nhiệt lượng kế;nhiệt kế; nước; cốc; nguồn điện; dây may so; điện; ngắt điện; cát; đồng hồ bấm giây (2.39/cc8) 5.8 a; Xác định NHH nước với dụng cụ sau: nước ( biết C n); bình đun ( biếtC2); bếp điện; cân; cân; đồng hồ bấm giây b Nếu trên; không dùng cân làm để đánh giá gần giá trị Nhiệt hóa L? (2.41/cc8) 5.9 Hãy tìm phương án xác định khối lượng sắt nhỏ với dụng cụ sau:đèn cồn, bình đun, cốc, bình chia độ, NK,NLK đồng biết m đ.( cho NDR đồng, nước, sắt C đ,Cn, Cs) ... kích thước, nhiệt kế có thang nhiệt độ Celsi, kíhiệu 0C,lấy nhiệt độ nước đá tan 0C nước sôi 100 0C.một nhiệt kế lấy thang nhiệt độ Farenheit,kí hiệu 0F lấy nhiệt độ nước đá tan 320F, nhiệt độ nước... khơng hòa tan nước Nhiệt độ ban đầu bình -4 0 0C, Dây đốt nóng bắt đầu hoạt động( cơng suất tỏa nhiệt dây khơng đổi) Nhiệt độ bình biến thiên theo thời gian đồ thị hình-3.5 Nhiệt dung riêng nước... xác định nhiệt nóng chảy chất rắn X nhiệt dung riêng chất lỏng X liên hệ 0C, 0F 0K 12.1.thang nhiệt độ Celsi, kíhiệu 0C,lấy nhiệt độ nước đá tan 0C nước sôi 1000C.một nhiệt kế lấy thang nhiệt độ