Bài tập về Nhiệt lượng, nhiệt hóa hơi, nhiệt nóng chảy môn Vật lý đại cương | Trường Đại Học Nội Vụ Hà Nội

Bài tập và nhiệt lượng, nhiệt hóa hơi, nhiệt nóng chảy
1. Một số công thức cần lưu ý:
Nhiệt dung (C) là lượng nhiệt cần để làm tăng nhiệt độ của toàn bộ một vật thể lên 1 đơn
vị nhiệt độ. Nhiệt dung thường có đơn vị J/K. Nhiệt lượng tính theo nhiệt dung của một vật: 𝑄 = 𝐶∆𝑇 (𝐽)
Trong đó: C là nhiệt dung, ∆𝑇 là độ thay đổi nhiệt độ
Nhiệt dung riêng (𝑐) là lượng nhiệt cần để làm tăng 1 kg của vật lên 1 K (hoặc 1°C). Nhiệt
dung riêng thường có đơn vị J/Kg.K. Nhiệt lượng tính theo nhiệt dung riêng của một vật: 𝑄 = 𝑚𝑐∆𝑇 (𝐽)
Trong đó: c là nhiệt dung riêng, m là khối lượng của vật, ∆𝑇 là độ thay đổi nhiệt độ.
Nhiệt dung mol (𝐶 ) là nhiệt lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ của 1 mol chất lên 1 độ 𝑚
K (hoặc 1°C). Nhiệt dung mol thường có đơn vị J/mol.K. Nhiệt lượng tính theo nhiệt dung mol của một vật: 𝑀 𝑄 = 𝑛𝐶𝑚∆𝑇 = 𝐶 𝑚 𝑚∆𝑇 (𝐽)
Trong đó: 𝐶 là nhiệt dung, n là số mol của vật, m là khối lượng của vật, M là khối lượng 𝑚
mol, ∆𝑇 là độ thay đổi nhiệt độ.
Nhiệt nóng chảy là lượng nhiệt cần thiết để chuyển 1 kg (hoặc 1 mol) chất từ trạng thái rắn
→ lỏng tại nhiệt độ nóng chảy, không làm thay đổi nhiệt độ: 𝑄 = 𝑚𝐿𝑓 (𝐽)
Trong đó: m (kg) là khối lượng của vật, 𝐿 (J/kg) là nhiệt nóng chảy riêng. 𝑓
Nhiệt hóa hơi là là lượng nhiệt cần thiết để chuyển 1 kg (hoặc 1 mol) chất từ trạng thái lỏng
→ hơi tại nhiệt độ sôi, không thay đổi nhiệt độ. 𝑄 = 𝑚𝐿𝑣 (𝐽)
Trong đó: m (kg) là khối lượng của vật, 𝐿 (J/kg) là nhiệt hóa hơi riêng 𝑣
Trong một hệ cô lập (không có trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài), tổng nhiệt lượng
mà các vật thu vào sẽ bằng tổng nhiệt lượng mà các vật khác tỏa ra: ∑ 𝑄
𝑡ℎ𝑢 = ∑ 𝑄𝑡ỏ𝑎
Công suất thường dùng để tính nhiệt lượng được cung cấp (hoặc tỏa ra) trong một khoảng
thời gian. Công thức công suất là: 𝑄 𝑃 = (𝑊) 𝑡
Trong đó: Q (J) là nhiệt lượng cung cấp trong khoảng thời gian t (giây). 𝑊 = 𝐽/𝑠
2. Bài tập tham khảo:
Bài 1: Một chất nào đó có khối lượng mol là 50,0 g/mol. Khi thêm 314 J dưới dạng nhiệt
vào một mẫu có khối lượng 30,0 g, nhiệt độ của mẫu tăng từ 25,0°C đến 45,0°C. Hãy xác định:
(a) Nhiệt dung riêng của chất,
(b) Nhiệt dung mol của chất đó,
(c) Số mol của lượng chất trong mẫu.
Bài 2: Một miếng đồng có khối lượng 𝑚𝑐 = 75 𝑔 được nung trong lò thí nghiệm đến nhiệt
độ 𝑇 = 312℃. Sau đó, miếng đồng được thả vào một cốc thủy tinh chứa 𝑚𝑛 = 220 𝑔
nước. Nhiệt dung của cốc là 188,28 J/K. Nhiệt độ ban đầu 𝑇 của nước và của cốc đều là 𝑖
12℃. Giả sử miếng đồng, cốc và nước tạo thành một hệ cô lập và nước không bay hơi, hãy
xác định nhiệt độ cuối cùng 𝑇 của hệ khi đạt cân bằng nhiệt. 𝑓
Bài 3: Một máy đun điện nhúng nhỏ được sử dụng để làm nóng 100 g nước cho một cốc
cà phê hòa tan. Máy đun được ghi là “200 watt” (tức là nó chuyển đổi năng lượng điện
thành nhiệt năng với tốc độ này). Hãy tính thời gian cần thiết để đun nóng toàn bộ lượng
nước này từ 23,0°C đến 100°C, bỏ qua mọi tổn thất nhiệt.
Bài 4: Tính lượng năng lượng tối thiểu (đơn vị joule) cần thiết để làm nóng chảy hoàn toàn
130 g bạc ban đầu ở nhiệt độ 15,0°C. Biết nhiệt dung riêng của Bạc là 𝑐𝐴𝑔 = 235 𝐽/𝑘𝑔. 𝐾,
nhiệt nóng chảy cảu bạc là 𝐿𝐴𝑔 = 88𝑘𝐽/𝑘𝑔.
Bài 5: Trong một hệ thống đun nước bằng năng lượng mặt trời, năng lượng từ Mặt Trời
được thu bởi nước chảy qua các ống trong một bộ thu năng lượng trên mái nhà. Bức xạ
mặt trời đi vào bộ thu qua một lớp phủ trong suốt và làm nóng nước trong các ống; nước
này sau đó được bơm vào một bể chứa. Giả sử hiệu suất của toàn bộ hệ thống là 20% (tức
là 80% năng lượng mặt trời bị thất thoát).
Hỏi diện tích của bộ thu cần là bao nhiêu để nâng nhiệt độ của 200 lít nước trong bể từ
20°C lên 40°C trong vòng 1 giờ, khi cường độ ánh sáng mặt trời chiếu vào là 700 W/m²?
Bài 6: Một mẫu vật có khối lượng 0,4 kg được đặt trong một thiết bị làm lạnh, thiết bị này
loại bỏ năng lượng dưới dạng nhiệt với tốc độ không đổi. Hình 1 biểu diễn nhiệt độ T của
mẫu theo thời gian t; trục thời gian có giá trị tối đa 𝑡𝑠 = 80 phút. Mẫu vật bị đóng băng
trong quá trình loại bỏ năng lượng này. Nhiệt dung
riêng của mẫu ở pha lỏng ban đầu là 3000 𝐽/𝑘𝑔. 𝐾. Hãy xác định:
(a) Nhiệt nóng chảy của mẫu vật
(b) Nhiệt dung riêng của mẫu ở pha rắn. t (phút) Hình 1
Bài 7: Hai mẫu vật A và B có nhiệt độ ban đầu khác nhau, và được đặt vào một bình cách
nhiệt để chúng đạt đến cân bằng nhiệt. Hình 2(a) cho thấy đồ thị nhiệt độ T theo thời gian
t của hai mẫu vật. Mẫu A có khối lượng 5 kg; mẫu B có khối lượng 1,5 kg.
Hình 2(b) là đồ thị tổng quát cho vật liệu của mẫu B, biểu diễn độ thay đổi nhiệt độ ΔT khi
năng lượng nhiệt Q truyền vào mẫu vật, tính theo năng lượng trên đơn vị khối lượng. Có
giá trị ∆𝑇𝑠 = 4℃. Hãy xác định nhiệt dung riêng của mẫu A. (a) (b) t (phút) Hình 2
Bài 8: Hai viên đá (mỗi viên nặng 50 g) được thả vào 200 g nước trong một bình cách
nhiệt. Nước ban đầu ở 25°C, và đá lấy trực tiếp từ tủ đông ở –15°C. Hỏi nhiệt độ cuối cùng
tại trạng thái cân bằng nhiệt là bao nhiêu? Nếu chỉ dùng một viên đá, thì nhiệt độ cuối cùng là bao nhiêu?
Bài 9: Rượu etylic có: • Điểm sôi: 78°C
• Điểm đông đặc: –114°C
• Nhiệt hóa hơi: 879 kJ/kg
• Nhiệt nóng chảy: 109 kJ/kg
• Nhiệt dung riêng: 2,43 kJ/kg·K
Ta cần tách bao nhiêu năng lượng ra khỏi 0,510 kg rượu etylic ban đầu ở thể khí tại 78°C
để nó trở thành chất rắn ở –114°C?
Bài 10: Một cái bình làm bằng kim loại đó có khối lượng 3,6 kg, chứa 14 kg nước. Một
miếng kim loại cùng chất nặng 1,8 kg, ban đầu ở nhiệt độ 180°C, được thả vào nước. Bình
và nước ban đầu ở 16°C, sau khi đạt cân bằng nhiệt thì nhiệt độ cuối là 18°C. Biết rằng, hệ
được cách nhiệt hoàn toàn. Hãy tính nhiệt dung riêng của kim loại được sử dụng.