Bài toán: Hai lít nước được đun trong một chiếc bình đun nước có
công suất 500W. Một phần nhiệt tỏa ra môi trường xung quanh. Sự phụ thuộc của công suất tỏa ra môi trường theo thời gian đun được biểu diễn trên đồ thị như hình vẽ. Nhiệt độ ban đầu của nước là 200c. Sau bao lâu thì nước trong bình có nhiệt độ là 300c. Cho nhiệt dung riêng của nước là c = 4200J/kg.K
Giải: Gọi đồ thị biểu diễn công suất tỏa ra môi trường là P = a + bt.
+ Khi t = 0 thì P = 100 + Khi t = 200 thì P = 200
Từ đó ta tìm được P = 100 + 0,5t
Gọi thời gian để nước tăng nhiệt độ từ 200c đến 300c là T thì nhiệt lượng trung bình tỏa ra
trong thời gian này là: Ptb =
100 100 0,5T 200 0,5T
100 0, 25T
2 2
+ + = + = +
Ta có phương trình cân bằng nhiệt: 500T = 2.4200(30 - 20) + (100+0,25T)T Phương trình có nghiệm: T = 249 s và T = 1351 s
Ta chọn thời gian nhỏ hơn là T = 249s
PHẦN III - CÁC BÀI TOÁN THỰC NGHIỆM CƠ - NHIỆTIV/ Các bài toán thực nghiệm ứng dụng phương trình cân bằng nhiệt: IV/ Các bài toán thực nghiệm ứng dụng phương trình cân bằng nhiệt:
Bài toán: Hãy nêu phương án xác định nhiệt dung riêng của chất lỏng không có phản ứng
hóa học với các chất khi tiếp xúc. Dụng cụ gồm: 1 nhiệt lượng kế có nhiệt dung riêng là Ck, một nhiệt kế phù hợp, 1 chiếc cân không có bộ quả cân, hai chiếc cốc thủy tinh, nước có nhiệt dung riêng là Cn, bếp điện và bình đun.
Giải: Bước 1: Dùng cân để lấy ra một lượng nước và một lượng chất lỏng có cùng khối
lượng bằng khối lượng của nhiệt lượng kế: ta thực hiện như sau:
Lần 1: Trên đĩa cân 1 đặt nhiệt lượng kế và một cốc rỗng 1. trên đĩa cân 2 đặt cốc rỗng 2. rót nước vào cốc 2 cho đến khi cân thăng bằng.
Lần 2: bỏ nhiệt lượng kế ra khỏi đĩa cân 1. rót chất lỏng vào cốc 1 cho đến khi cân thăng bằng. ta có khối lượng chất lỏng bằng khối lượng của nhiệt lượng kế. ml = mk. Đổ chất lỏng từ cốc 1 vào bình nhiệt lượng kế.
Lần 3: rót nước vào cốc 1 cho đến khi cân thăng băng. Ta có khối lượng của nước bằng khối lượng nhiệt lượng kế. mn = mk. Đổ nước từ cốc 1 vào bình đun.
Bước 2: Đo nhiệt độ t1 của chất lỏng ở nhiệt lượng kế. Đun nước tới nhiệt độ t2 rồi rót vào nhiệt lượng kế và khuấy đều. đo nhiệt độ của hỗn hợp chất lỏng khi cân bằng nhiệt là t3. Bước 3: Lập phương trình cân bằng nhiệt:
C. KẾT LUẬN:
Trên đây là một số dạng bài tập được thường gặp về nhiệt học. Trong tất cả các kỳ thi học sinh giỏi hầu hết đều có các dạng bài tập trên. Nếu biết phương pháp giải của từng loại bài cũng như đặc trưng của mỗi loại sẽ giúp cho học sinh giải quyết các bài tập về nhiệt học dễ dàng hơn.
Trong quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi chúng ta có thể hướng đẫn các em đi đến phương pháp và các đặc trưng riêng của từng loại bài và đặc biệt cung cấp cho học sinh hệ thống bài tập mà phải hoàn thành khi học xong chuyên đề.
Trong khi viết chuyên đề không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong các bạn đồng nghiệp và các em học sinh đóng góp thêm các ý kiến đê chuyên đề hoàn thiện và có hiệu quả hơn. Tôi xin chân thành cám ơn.