Các bài tập cơ bản phần nhiệt học và phơng pháp giải: ( Các kiến thức cơ bản này các em cần phải nhớ để làm các bài tập tổng hợp ) Bài toán1:Tính nhiệt lợng cần thiết để m(kg) chất A thay đổi nhiệt độ từ t 1 đến t 2. Ph ơng pháp giải: áp dụng công thức: Q = m A C A (t 2 -t 1 ) - Nếu t 2 > t 1 . Vật thu năng lợng. áp dụng công thức: Q = m A C A (t 1 -t 2 ) - Nếu t 2 < t 1 . Vật toả năng lợng. - m A : khối lợng của chất A - đơn vị (kg). - C A : Nhiệt dung riêng của chất A - đơn vị J/kg.độ. - t 1 : Nhiệt độ ban đầu của vật A- đơn vị 0 C - t 2 : Nhiệt độ lúc sau của vật A- đơn vị 0 C Nhận xét bài toán 1: Từ bài toán 1 ngời ta có thể yêu cầu ta tính : +Nhiệt lợng vật A toả ra hoặc vật A thu vào dựa vào nhiệt độ đầu vầ cuối +Khối lợng của vật A biết C A , Q, t 1 , t 2 +Nhiệt dung riêng của chất A(xác định chất A) biết Q, m A , t 1 , t 2 . Nếu thay chất A bằng hai hay nhiều chất (hệ chất) ta có bài toán thứ hai ví dụ nh sau: Bài toán 2: Tính nhiệt lợng cần thiết cung cấp để một ấm nhôm có khối lợng m 1 (kg) đựng m 2 (kg) nớc thay đổi nhiệt độ từ t 1 đến t 2 . Ph ơng pháp giải: - Do tính chất cân bằng nhiệt độ: t 1 nhôm = t 1 nớc và t 2 nớc = t 2 nhôm - Xác định nhiệt lợng cần thiết để tăng nhiệt độ của nhôm: Q 1 = m 1 C 1 ( t 2 t 1 ) - Xác định nhiệt lợng cần thiết để tăng nhiệt độ của nớc Q 2 = m 2 C 2 ( t 2 t 1 ). - Nhiệt lợng cần thiết để làm tăng nhiệt độ của ấm nhôm đựng nớc là: Q = Q 1 + Q 2 =( t 2 t 1 )( m 1 C 1 + m 2 C 2 ) Nhận xét bài toán 2: - Cũng giống với bài toán 1 ngời ta có thể yêu cầu ta tính: - Nhiệt lợng cần cung cấp cho hệ vật trên tăng từ t 1 đến t 2 . - Nhiệt lợng toả ra của hệ vật trên giảm t 1 xuống t 2 . - Tìm khối lợng, nhiệt dung riêng, độ tăng nhiệt độ của hệ chất. - Nếu hệ chất có từ 3 chất trở lên thì phơng pháp giải hoàn toàn tơng tự. 1 Bài toán 3: Xác định khối lợng, nhiệt dung riêng, độ tăng nhiệt độ của một vật( toả hay thu nhiệt) từ sự cân bằng nhiệt. Nhận xét: khi để hai vật nóng và lạnh gần nhau, thông thờng vật nóng sẽ nguội đi và vật lạnh sẽ nóng lên. Điều này có nghĩa là đã có một phần nhiệt lợng nào đó truyền từ vật nóng sang vật lạnh cho đến khi nhiệt độ của hai vật cân bằng: Ta có: Q toả = Q thu . Từ nhận xét trên ta có ph ơng pháp giải sau đối với các vật không có sự chuyển thể: - Xác định rõ ràng vật nào toả nhiệt, vật nào thu nhiệt( vật nào nóng hơn, vật đó toả nhiệt, vật nào lạnh hơn vật đó sẽ thu nhiệt) - Viết phơng trình nhiệt lợng( toả ra hay thu vào) của mỗi vật Giả sử nhiệt độ của hai vật cân bằng là t và t 1 < t< t 2 Q 1 = m 1 C 1 ( t t 1 ) Q 2 = m 2 C 2 ( t 2 t). - áp dụng phơng trình cân bằng nhiệt Q 1 = Q 2 Giải phơng trình, tính toán suy ra các đại lợng cần tìm. - Nếu có sự chuyển thể của các chất thì ta phải tính thêm nhiệt lợng cần cung cấp hoặc toả ra vào Q thu hoặc Q toả rồi cũng áp dụng phơng trình cân bằng nhiệt để tìm các đại lợng còn lại. - lu ý trong từng quá trình toả nhiệt hay thu nhiệt có thể trải qua nhiều giai đoạn. Bài toán 4: Đun nóng m(kg) một chât A từ nhiệt độ t 1 -> t 2 bằng một loại nhiên liệu(dầu, ga, củi .). Xác định khối l ợng nhiên liệu cần đốt cháy. - Nhiêt lợng toả ra khi đốt cháy 1kg nhiên liệu (đốt cháy hoàn toàn) gọi là năng suất toả nhiệt của nhiên liệu ấy kí hiệu là q. - Nếu đố cháy m(kg) nhiên liêu ấy thì năng suất toả nhiệt lúc này sẽ là: Q= q. m -Năng suất toả nhiệt của một số chất: Củi khô: 10.10 6 J/kg. Dầu hoả: 44.10 6 J/kg. Than gỗ: 30.10 6 J/kg. Xăng : 46.10 6 J/kg. Than đá : 34.10 6 J/kg. Hydrô: 140.10 6 J/kg Ph ơng pháp giải : -Xác định nhiệt lợng cần thiết để đun nóng chất A từ nhiệt độ t 1 đến t 2 Q 1 = mC 1 ( t 2 t 1 ) (J). -Trờng hợp lí tởng: Q = Q 1 =>khối lợng nhiên liệu cần đốt cháy : M =Q 1 / q. -Trờng hợp có hao phí: + Nhiệt lợng cần đốt chaý là: Q= m.H.(Với H là hiệu suất toả nhiệt) + áp dụng Q = Q 1 => khối lợng cần đốt cháy là: m =Q 1 / H.q Bài tập áp dụng: Bài 1: để đun sôi 50 lít nớc từ 20 0 C bằng bếp than. Biết hiệu suất của bếp là 85%.Xác định lợng than củi cần thiết để đun lợng nớc trên. Cho năng suất toả nhiệt của than củi là q=30.10 6 /kg. Bài 2: Đun 45 lít nớc từ 20 0 C đến điểm sôi. xác định hiệu suất của bếp dầu. Biết rằng khi đun l- ợng nớc nói trên, phảI tốn 0,5kg dầu hoả. 2 Bài 3:Dùng một bếp dầu để đun sôI một ấm nớc bằng nhôm khối lợng 500g chứa 5l nớc ở nhiệt độ 20 0 C. a) Tính nhiệt lợng cần thiết để đun sôI ấm nớc trên. b) Bếp có hiệu suất 80%. Tính thể tích dầu cần thiết.Cho khối lợng riêng của dầu D =800kg/m 3 Bài toán 5: Xác định nhiệt lợng cần thiết để một vật(chất) chuyển trạng thái từ rắn sang lỏng sang hơi hoặc từ lỏng sang hơi -Ph ơng pháp giải: -Xác lập một sơ đồ hấp thụ nhiệt: Chất (A) t 1 ---Q 1 --->(A) t nc --- Q 2 --->(A) nc Q 3 ---->A sôi Q 4 ---->(A) hơi - Bài toán có thể xem nh có 4 quá trình hấp thụ nhiệt: + Chuyển từ nhiệt độ t 1 sang nhiệt độ nóng chảy: Q 1 = mC 1 ( t nc t 1 ) + Chuyển từ nhiệt độ nóng chảy sang nóng chảy hoàn toàn: Q 2 = m 1 . + Chuyển từ nhiệt độ nóng chảy hoàn toàn đến nhiệt độ sôi: Q 3 = mC 2 ( t sôi t nc ) + Chuyển từ nhiệt độ sôi sang bốc hơi hoàn toàn; Q 4 = m.L Nhiệt lợng cần thiết cung cấp cho cả quá trình là tổng của 4 nhiệt lợng trên Q= Q 1 + Q 2 +Q 3 + Q 4 Lu ý: Nhiệt dung riêng của một số chất thờng dùng Nhiệt độ nóng chảy của một số chất thông thờng Nhiệt độ sôi của một số chất thông thờng -Nớc: 4200J/kg.độ -Rợu: 4200J/kg.độ -Nớc đá: 2500J/kg.độ -Nhôm: 880J/kg.độ -Sắt,thép,gang: 460J/kg.độ -Đồng:380J/kg.độ: -Chì: 130J/kg.độ -Đất: 800J/kg.độ -Thép: 1300 0 C -Đồng: 1083 0 C -Vàng: 1064 0 C -Bạc: 960 0 C -Nhôm: 658 0 C -Chì: 327 0 C -Kẽm: 232 0 C -Băng phiến: 80 0 C -Nớc đá: 1300 0 C -Thuỷ ngân: -39 0 C -Rợu: -117 0 C --ête: 35 0 C -Rợu: 80 0 C -Nớc: 100 0 C -Thuỷ ngân: 357 0 C -Đồng: 2588 0 C -Sắt: 3050 0 C Bài toán 6: Động cơ nhiệt 3 Động cơ nhiệt mà trong đó nội năng của nhiên liệu khi cháy đợc chuyển hoá thành cơ năng. Bài tập thuộc dạng này, thờng lại rơI vào chủ đề tính công, và công suất, tính hiệu suất, và năng l- ợng toả nhiệt của nhiên liệu. Hiệu suất của động cơ điện là tỷ số giữa phần năng lợng chuyển hoá thành công có ích của động cơ và năng lợng toàn phần do nhiên liệu cháy tạo ra. Phơng pháp giải: áp dụng các công thức sau: A =F.s P =A/t hoặc P =F.v H= A ci / A tp - Năng suất toả nhiệt của nhiên liệu: Q =m.q Bài tập áp dụng: Bài 1: một ô tô có công suất 15000W. tính công của máy sinh ra trong một giờ. Biết hiệu suất của máy là 25%. Hãy tính năng lợng xăng tiêu thụ để sinh ra công đó. Biết năng suất toả nhiệt của xăng là 46.10 6 /kg. Bài2:Tính lợng than mà động cơ nhiệt tiêu thụ mỗi giờ. Biết rằng mỗi giờ động cơ thực hiện đ- ợc một công là 40500kJ, năng suất toả nhiệt của than là 36.10 6 J/kg và hiệu suất của động cơ là 10%. Bài 3:Một ô tô chạy 100km với lực kéo không đổi là 700N thì tiêu thụ hết 5 lít xăng. Tính hiệu suất của động cơ. Cho khối lợng riêng của xăng là D =700kg/m 3 . Bài 4:Với 2 lít xăng, một chiếc xe máy có công suất 1,4kW chuyển động với vận tốc 36km/h thì sẽ đI đợc một quãng đờng dài bao nhiêu? Cho hiệu suất của động cơ 30% khối lợng riêng của xăng là 700kg/m 3 và năng suất toả nhiệt của xăng là 46.10 6 J/kg. Bài 5: Một máy bơm nớc chạy bằng nhiên liệu dầu, có năng suất toả nhiệt là 46.10 6 J/kg và có công suất là 20%. Biết máy có thể đa 800m 3 nớc lên cao 10m .Tính mức nhiên liệu cần thiết. 4