không tốt lắm; nhiệt lượng truyền qua các vách ngăn trong một đơn vị thời gian tỉ lệ với diện tích tiếp xúc của chất lỏng và với hiệu nhiệt độ ở hai bên vách ngăn... Hỏi ở hai ngăn còn [r]
(1)BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ
CHỦ ĐỀ: NHIỆT LƯỢNG VÀ NGUYÊN LÝ TRUYỀN NHIỆT I TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1/ Nguyên lý truyền nhiệt: Nếu có hai vật trao đổi nhiệt thì:
- Nhiệt tự truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp - Sự truyền nhiệt xảy nhiệt độ hai vật dừng lại -Nhiệt lượng vật tỏa nhiệt lượng vật thu vào
2/ Công thức nhiệt lượng:
- Nhiệt lượng vật thu vào để nóng lên:
Q = mc∆t (với ∆t = t2 - t1 Nhiệt độ cuối trừ nhiệt độ đầu)
- Nhiệt lượng vật tỏa để lạnh đi:
Q = mc∆t (với ∆t = t1 - t2 Nhiệt độ đầu trừ nhiệt độ cuối)
- Nhiệt lượng tỏa thu chất chuyển thể:
+ Sự nóng chảy - Đơng đặc: Q = mλ (λ nhiệt nóng chảy) + Sự hóa - Ngưng tụ: Q = mL (L nhiệt hóa hơi) 3/ Phương trình cân bằn nhiệt :
Qtỏa = Qthu
II BÀI TẬP THAM KHẢO
Bài 1: Trong bình cao có tiết diện thẳng hình vng, chia làm ba ngăn hình vẽ Hai ngăn nhỏ có tiết diện thẳng hình vng có cạnh nửa cạnh bình Đổ vào ngăn đến độ cao chất lỏng: ngăn nước nhiệt độ
t1 = 650C, ngăn cà phê nhiệt độ t2 = 350C, ngăn sữa nước
nhiệt độ t3 = 200C Biết thành bình cách nhiệt tốt,nhưng vách ngăn có dẫn nhiệt
khơng tốt lắm; nhiệt lượng truyền qua vách ngăn đơn vị thời gian tỉ lệ với diện tích tiếp xúc chất lỏng với hiệu nhiệt độ hai bên vách ngăn Sau thời gian nhiệt
(1)
(2)độ ngăn chứa nước giảm t1 = 10C Hỏi hai ngăn lại, nhiệt độ biến đổi
thời gian trên? Xem phương diện nhiệt ba chất lỏng nói giống Bỏ qua trao đổi nhiệt với bình với mơi trường
Giải:
Diện tích tiếp xúc cặp chất lỏng toán Vậy nhiệt lượng truyền qua chúng tỉ lệ với hiệu nhiệt độ với hệ số tỉ lệ k
Nước toả nhiệt sang cà phê sữa là: Q12=k t(1−t2) Q13=k t(1−t3) Cà phê toả nhiệt sang sữa là: Q23 =k t(2−t3)
Ta có phương trình cân nhiệt:
+ Đối với nước: Q12+Q13=k t(1− + −t2 t1 t3)=2mc t1; + Đối với cà phê: Q12−Q23 =k t(1− − +t2 t2 t3)=mc t 2 ; + Đối với sữa: Q13+Q23=k t(1− + − =t3 t2 t3) mc t3; Từ phương trình ta tìm được:
1 2
2
2 0,
t t t
t t C
t t t + −
= =
− −
0 3
1
2 1,
t t t
t t C
t t t + −
= =
− −
Bài 2: Dùng ca múc nước thùng chứa nước A có nhiệt độ tA = 20 0C thùng chứa
nước B có nhiệt độ tB = 80 0C đổ vào thùng chứa nước C Biết trước đổ,
thùng chứa nước C có sẵn lượng nước nhiệt độ tC = 40 0C tổng số ca nước
vừa đổ thêm vào Tính số ca nước phải múc thùng A B để có nhiệt độ nước thùng C 50 0C Bỏ qua trao đổi nhiệt với mơi trường, với bình chứa ca múc nước
Giải:
Gọi : c nhiệt dung riêng nước ; m khối lượng nước chứa ca ; n1 n2 số ca nước múc thùng A thùng B ;
(n1 + n2) số ca nước có sẵn thùng C
(3)Q1 = n1.m.c(50 – 20) = 30cmn1
Nhiệt lượng don2 ca nước thùng B đổ vào thùng C toả :
Q2 = n2.m.c(80 – 50) = 30cmn2
Nhiệt lượng (n1 + n2) ca nước thùng C hấp thụ :
Q3 = (n1 + n2)m.c(50 – 40) = 10cm(n1 + n2)
Phương trình cân bằn nhiệt :
Q1 + Q3 = Q2 30cmn1 + 10cm(n1 + n2) = 30cmn2 2n1 = n2
Vậy, múc n ca nước thùng A phải múc 2n ca nước thùng B số nước có sẵn thùng C trước đổ thêm 3n ca
Bài 3: Một bếp dầu đun sôi lít nước đựng ấm nhơm khối lượng 300gam sau thời gian t1 = 10 phút nước sơi Nếu dùng bếp để đun lít nước điều kiện
sau nước sôi ?
Cho nhiệt dung riêng nước nhôm C1 = 4200J/kg.K ; C2 = 880J/kg.K Biết
nhiệt bếp dầu cung cấp cách đặn Giải:
Gọi Q1 Q2 nhiệt lượng cần cung cấp cho nước ấm nhôm hai lần đun,
Gọi m1, m2 khối lương nước ấm lần đun đầu
Ta có: Q1 = (m1.C1 + m2.C2) Δt
Q2 = (2.m1.C1 + m2.C2) Δt
Do nhiệt toả cách đặn, nghĩa thời gian đun lâu nhiệt toả lớn Ta đặt:
Q1 = k.t1 ; Q2 = k.t2 (trong k hệ số tỉ lệ đó)
Suy ra: k.t1 = (m1.C1 + m2.C2) Δt
k.t2 = (2.m1.C1 + m2.C2) Δt
(4)2 1 1 2 1 2 1 1 ) ( ) ( C m C m C m C m C m C m C m t t + + = + + =
hay ( ) ( ).10 19,4
880 , 4200 4200 1 2 1 1
2 = + + t = + + =
C m C m C m t phút
Bài 4: Trong ruột khối nước đá lớn 00C có hốc với thể tích V = 160cm3
Người ta rót vào hốc 60gam nước nhiệt độ 750C Hỏi nước nguội hẳn thể tích hốc
rỗng lại bao nhiêu? Cho khối lượng riêng nước Dn = 1g/cm3 nước đá Dd =
0,9g/cm3; nhiệt dung riêng nước là:
C = 4200J/kg.K để làm nóng chảy hồn tồn 1kg nước đá nhiệt độ nóng chảy cần cung cấp nhiệt lượng 3,36.105J
Giải:
Do khối nước đá lớn 00C nên lượng nước đổ vào nhanh chóng nguội đến 00C Nhiệt
lượng 60gam nước toả nguội tới 00C :
Q = 0,06.4200.75 = 18900J
Nhiệt lượng làm tan lượng nước đá là:
5
18900
0, 05625 3, 36.10
m= = (kg) = 56,25g
Thể tích phần nước đá tan là:
1 56, 25 62,5 0,9 d m V D
= = = (cm3)
Thể tích hốc đá là:
2 160 62,5 222,5
V = + =V V + = (cm3)
Trong hốc đá chứa lượng nước : 60 + 56,25 = 116,25(g) Lượng nước chiếm thể tích 116,25cm3
Vậy thể tích phần rỗng hốc đá lại là: 222,5-116,25 = 106,25cm3.
Bài 5: Một nồi nhơm chứa 2kg nước có nhiệt độ ban đầu 10oC Để làm sôi nước
(5)a. Hãy xác định khối lượng nồi (Biết nhiệt dung riêng nước nhơm 4200J/kg.K, 880J/kg.K)
b. Tính lượng dầu cần để đun sơi lượng nước nói trên, biết hiệu suất sử dụng nhiệt bếp dầu là:
H = 50% suất tỏa nhiệt dầu q = 44.106 J/kg
Giải:
a. - Nhiệt lượng nước thu vào để tăng nhiệt độ từ 100C lên 1000C:
Q1 = mc(t2 – t1) = 2.4200(100 – 10) = 756000 (J)
Nhiệt lượng nồi thu vào để tăng nhiệt độ từ 100C lên 1000C:
Q2 = m1c1(t2 – t1) = m1.880(100 – 10) = 79200.m1 (J)
Ta có: Q1 + Q2 = Q 756000 + 79200.m1 = 779760
Khối lượng nồi là: m1 779760 756000 0,3(kg) 79200
−
= =
b. Nhiệt lượng bếp dầu cung cấp là: Q’ = q.m
Mà: H Q.100% Q 100%
Q' q.m
= =
Lượng dầu cần đun sôi nước:
6
Q 779760
m 100% 100% 0,035(kg)
qH 44.10 50%
(6)Website HOC247 cung cấp môi trường học trực tuyến sinh động, nhiều tiện ích thơng minh, nội dung giảng biên soạn công phu giảng dạy giáo viên nhiều năm kinh nghiệm, giỏi về kiến thức chuyên môn lẫn kỹ sư phạm đến từ trường Đại học trường chuyên danh tiếng
I. Luyện Thi Online
- Luyên thi ĐH, THPT QG: Đội ngũ GV Giỏi, Kinh nghiệm từ Trường ĐH THPT danh tiếng
xây dựng khóa luyện thi THPTQG các mơn: Tốn, Ngữ Văn, Tiếng Anh, Vật Lý, Hóa Học Sinh Học
- Luyện thi vào lớp 10 chun Tốn: Ơn thi HSG lớp 9 luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán
trường PTNK, Chuyên HCM (LHP-TĐN-NTH-GĐ), Chuyên Phan Bội Châu Nghệ An trường Chuyên khác TS.Trần Nam Dũng, TS Phạm Sỹ Nam, TS Trịnh Thanh Đèo Thầy Nguyễn Đức Tấn.
II Khoá Học Nâng Cao HSG
- Toán Nâng Cao THCS: Cung cấp chương trình Tốn Nâng Cao, Tốn Chun dành cho em HS
THCS lớp 6, 7, 8, yêu thích mơn Tốn phát triển tư duy, nâng cao thành tích học tập trường đạt điểm tốt kỳ thi HSG
- Bồi dưỡng HSG Toán: Bồi dưỡng phân mơn Đại Số, Số Học, Giải Tích, Hình Học và Tổ Hợp
dành cho học sinh khối lớp 10, 11, 12 Đội ngũ Giảng Viên giàu kinh nghiệm: TS Lê Bá Khánh Trình, TS Trần Nam Dũng, TS Phạm Sỹ Nam, TS Lưu Bá Thắng, Thầy Lê Phúc Lữ, Thầy Võ Quốc Bá Cẩn đơi HLV đạt thành tích cao HSG Quốc Gia
III. Kênh học tập miễn phí
- HOC247 NET: Website hoc miễn phí học theo chương trình SGK từ lớp đến lớp 12 tất
các môn học với nội dung giảng chi tiết, sửa tập SGK, luyện tập trắc nghiệm mễn phí, kho tư liệu tham khảo phong phú cộng đồng hỏi đáp sôi động
- HOC247 TV: Kênh Youtube cung cấp Video giảng, chuyên đề, ôn tập, sửa tập, sửa đề thi miễn phí từ lớp đến lớp 12 tất mơn Tốn- Lý - Hố, Sinh- Sử - Địa, Ngữ Văn, Tin Học Tiếng Anh
Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai
Học lúc, nơi, thiết bi – Tiết kiệm 90%
Học Toán Online Chuyên Gia