Chuyên đề 2: Nhiệt học

Chia sẻ: Nguyễn Văn Thông | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

122
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu chuyên đề Nhiệt học bao gồm phần tóm tắt kiến thức trọng tâm của chương, các bước giải bài tập về trao đổi nhiệt, bài tập cụ thể kèm đáp án giúp các em dễ dàng ôn tập và nắm bắt nội dung của bài. Mời các em tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chuyên đề 2: Nhiệt học

CHUYÊN ĐỀ II: NHIỆT HỌC * TÓM TẮT LÝ THUYẾT: Ơ điều kiện thường, vật chất tồn tại ở ba trạng thái: rắn – lỏng – khí. Vật chất có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng thái. Muốn vật chất thay đổi trạng thái, ta phải làm tăng hoặc giảm nhiệt năng của vật. Nhiệt lượng vật cần thu vào để nóng lên mà chưa chuyển thể được tính bởi công thức: Q = m.c. t = m.c (t2 t1) Đa số các chất chỉ chuyển thể khi đạt đến một nhiệt độ xác định gọi là nhiệt chuyển thể. Trong suốt qúa trình chuyển thể, nhiệt độ của khối chất không thay đổi. Nhiệt lượng vật cần thu vào (toả ra) để chuyển thể ở nhiệt độ chuyển thể được tính bởi công thức: Q = m.λ Nhiệt lượng có thể được truyền qua ba hình thức: dẫn nhiệt, đối lưu hoặc bức xạ nhiệt. Nhiệt lượng luôn được truyền từ vật nóng sang vật lạnh hơn cho đến khi hai vật có nhiệt độ bằng nhau. * Các bước giải bài tập của bài toán về trao đổi nhiệt nói chung: 1.Bước1: Trước tiên các em phải đọc kĩ đề bài xác định được vật nào toả nhiệt và vật nào thu nhiệt . Tóm tắt đề bài: ghi dữ kiện theo các vật trao đổi nhiệt . 2.Bước 2: Lập công thức tính nhiệt lượng do các vật toả nhiệt cung cấp ( Q toả) , do vật thu nhiệt vào ( Qthu) và thay dữ kiện đẫ cho vào công thức . 3.Bước 3 : Nếu nhiệt lượng hao phí không đáng kể thì viết phương trình cân bằng nhiệt Qthu 1 + Qthu 2 + ... = Qtoả 1 + Qtoả 2 + ...
Sau đó thay kết quả ở bước 2 vào phương trình cân bằng nhiệt cho phù hợp . Nếu nhiệt lượng hao phí đáng kể thì H=Qci/ Qtp sau đó thay kết quả ở bước 2 vào công thức tính hiệu suất cho phù hợp . 4.Bước 4: Suy ra công thức tính đại lượng cần tìm từ phương trình cân bằng nhiệt hoặc từ công thức hiệu suất ở bước 3 để suy ra kết quả cần tìm. 1.Giải bài toán về trao đổi nhiệt nhưng chưa biết rõ quá trình bến đổi của chúng Sau khi học xong bài phương trình cân bằng nhiệt có những bài tập chưa biết rõ trạng thái nhiệt của chúng có thể xảy ra các trường hợp đòi hỏi các em phải xét các trường hợp có thể sảy ra . Điều này phát huy được tính tích cực, chủ động, khả năng tìm tòi phái hiện những cái mới, tạo cho các em ý thức vươn lên trong học tập cũng như trong cuộc sống.Sau đây để nhanh chóng cho việc tính toán tôi đưa ra dạng bài tổng quát như sau : VÍ DỤ: Người ta cho vào nhiệt lượng kế một hỗn hợp m 1 kg nước đá ở t1 và m2 kg nước ở nhiệt độ t2 , bỏ qua sự toả nhiệt ra môi trường và nhiệt dung riêng của nhiệt lượng kế . Hãy xác định nhiệt độ cân bằng t của hỗn hợp . Đối với dạng bài tập này nói rõ cho các em thấy sẽ có 3 khả năng sảy ra : Hệ nước trên 00 C. Là đá dưới 00 C. Hỗn hợp đá và nước ở 00 C. Mỗi khả năng ứng với một công thức tìm nhiệt độ cân bằng khác nhau : 1. Nhiệt độ cuối cùng sẽ dưới 00C : khi nhiệt lượng toả ra để hạ xuống 00 C. và sau đó hoá đá hoàn toàn ,không đủ để đưa đá lên 00C. c 2 m2 t 2 m2 c1 m1t1 ….. t = . c1 m1 Chú ý: t1
m1 c1 m1t1 c 2 m2 t 2 ……… t = ( t1
Tra bảng c1 = 130 J / kg.độ Bước 2 : Theo nguyên lí truyền nhiệt ta có vật có nhiệt sẽ truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp cho đến khi nhiệt độ của hai vật bằng nhau. Vậy nước có nhiệt độ cuối là 600C thì miếng chì cũng có nhiệt độ là 600C. Bước 3 : Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt vào giải phương trình. Bài 2 : Một thau nhôm khối lượng 0,5 kg đựng 2 kg nước ở 20 0C . a. Thả vào thau nước một thỏi đồng có khối lượng 200g lấy ở lò ra . Nước nóng đến 21,2 0 C . Tìm nhiệt độ của bếp lò ? Biết nhiệt dung riêng của nhôm, nước ,đồng lần lượt là : c1=880 J/ kg.độ ,c2 = 4200 J/ kg.độ , c3 = 380 J/ kg.độ . Bỏ qua sự mật nhiệt ra môi trường . b. Thực ra trong trường hợp này , nhiệt lượng toả ra môi trường là 10% nhiệt lượng cung cấp. Tìm nhiệt độ thực sự của bếp lò . c. Nếu tiếp tục bỏ vào thau nước một thỏi nước đá có khối lượng m = 100g ở 00C . Nước đá có tan hết không ? Tìm nhiệt độ cuối cùng của hệ thống hoặc lượng nước đá còn sót lại nếu không tan hết ? Biết nhiệt nóng chảy của nước đá là ở = 3,4.105 J/ kg.độ . Hướng dẫn : Bước 1: Tóm tắt bài toán theo vật toả nhiệt và vật thu nhiệt Vật toả nhiệt : là thỏi đồng Vật thu nhiệt : là thau nhôm và nước m3 = 200g = 0,2kg m1 = 0,5kg c3 = 380 J/ kg.độ m2 = 2kg a, t = ? ( Nhiệt độ của bếp lò cũng như nhiệt c1=880 J/ kg.độ độ của thỏi đồng ) c2 = 4200 J/ kg.độ b. Hao phí toả ra ngoài môi trường là 10% thì t1 = 200C t’=? t2 = 21,2 0C m = 100g = 0,1kg ở = 3,4.105 J/ kg.độ . Bước 2 : Nhiệt lượng thau nhôm nhận được để tăng nhiệt độ từ t1 = 200C đến Bước 3: Do không có sự toả nhiệt ra môi trường nên theo phương trình cân bằng nhiệt ta có :
b. Thực tế , do có sự toả ra môi trường nên phương trình cân bằng nhiệt được viết lại là c. Nhiệt lượng của thỏi nước đá thu vào để nóng chảy hoàn toàn ở 00C: Do nhiệt lượng của nước đá cần dể tan hoàn toàn bé hơn nhiệt lượng của hệ thống toả ra nên nước đá tan hết . Và cả hệ thống nâng lên đế nhiệt độ t’’ được tính như sau : ( Nhiệt lượng còn thừa lại dùng cho cả hệ hống tăng từ nhiệt độ 00C đến t’’ 0C ) Bài 3: Trong một bình chứa có m1 = 2kg nước ở t1 = 250C . Người ta thả vào bình m2 kg nước đá ở t2 = 200C . Hãy tính nhiệt độ chung khối lượng nước và khối lượng nước đá có trong bình khi có cân bằng nhiệt trong mỗi trường hợp sau đây : a. m2 = 1kg b. m2 = 0,2 kg c. m2 = 6 kg Giá trị của nhiệt dung riêng của nước ,của nước đá và nhiệt nóng chảy của nước đá lần lượt là : c1 = 4,2 kJ /kg.K ; c2 = 2,1 kJ /kg.K ; = 340 kJ /kg.K ; Hướng dẫn : Bước 1: Làm tương tự như các bài trên Bước 2: Viết phương trình toả nhiệt và phương trình thu nhiệt so sánh như bài tập mẫu đã hướng dẫn để tìm ra nhiệt độ chung của cả khối . Cụ thể : Nếu nước hạ nhiệt độ tới 00C thì nó toả ra một nhiệt lượng là : Q1 = c1m1 ( t1 0 ) = 4,2 .2.( 25 0 ) = 210 kJ a. m2 = 1kg Nhiệt lượng cần cung cấp để nước đá tăng nhiệt độ tới 0 0C : Nhiệt lượng để nước đá nóng chảy hoàn toàn là: Q1
Tính tương tự như câu a Q2 = Q’2 = Q1 > Q2 + Q’2 : Nước đá đã nóng chảy hết và nhiệt độ cân bằng cao hơn 0 0C . Nhiệt độ cân bằng được xác định từ : Tính khối lượng nước trong bình ............... 2. Bài tập áp dụng về bài toán trao đổi nhiệt: 1. Muốn có 100 lít nước ở 35 0C thì phải đổ bao nhiêu lít nước đang sôi vào bao nhiêu lít nước ở nhiệt độ 150C .Lấy nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.độ . 2. Người ta ta thả một miếng đồng khối lượng 600g ở nhiệt độ 100 0C vào 2,5 kg nước. Nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt là 300C. Hỏi nước nóng lên thêm bao nhiêu độ, nếu bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh và với bình đựng nước. 3.Một nhiệt lượng kế đựng 0,32 kg nước ở 20 0C . Thả vào nhiệt lượng kê đó 0,1 kg nước đá ở 00C .Sau khi cân bằng nhiệt ta thấy trong nhiệt lượng kế có 0,4 kg nước và 0,02 kg nước đá .Bỏ qua sự mất mát nhiệt nhiệt trong quá trình trao đổi nhiệt và sự hấp thụ nhiệt của nhiẹt lượng kế ). Cho nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.độ . a. Xác định nhiệt độ của hỗn hợp khi có cân bằng nhiệt. b. Xác dịnh nhiệt nóng chảy của nước đá . 3. Lời giải, chỉ dẫn hoặc đáp số: Bài 1: Gọi m1 là khối lượng nước ở 150C và m2 là khối lượng nước đang sôi . Ta có : m1 + m2 = 100 (kg ) (1 ) Nhiệt lượng do m1 kg nước ở 150C thu vào là: Q1 =c m1.( t t2) = m1.4200.(35 15 ) Nhiệt lượng do m2 kg nước đang sôi toả ra: Q2= m2 c.( t1 t ) = m2.4200.( 100 35 ) Vì nhiệt lượng thu vào bằng nhiệt lượng toả ra : Nên Q1 = Q2 m1.4200.(35 15 ) = m2.4200.( 100 35 ) (2) Giải hệ phương trình (1) và (2) ta được : m1 = 76,5 kg m2 = 23,5 kg
Bài 2 : Nhiệt lượng do miếng đồng toả ra : Q1 =c1 m1.( t1 t ) = 380 .0,6 ( 100 30 )= 15960 ( J ) Nhiệt lượng do nước thu vào : Q2= m2 c2.( t t2 ) = 2,5 .4200 ( t t2 ) Vì nhiệt lượng toả ra bằng nhiệt lượng thu vào nên : Q1 = Q2 2,5 .4200 (t t2) = 15960 ( J ) (t t2) = 1,5 0C Nước nóng thêm 1,5 0C Bài 3 : a. Sau khi có cân bằng nhiệt lượng kế vẫn còn 0,02 kg nước đá nên đá chưa tan hết nên nhiệt độ chung của cả khối là 00C b. Nhiệt lượng do nước toả ra để hạ nhiệt từ 200C đến 00C là : Q1 =c1 m1.( t1 t ) = 4200. 0,32 ( 20 0 ) = 26880 ( J ) Khối lượng nước đá đã nóng chảy thêm là : m’2 = 0,1 0,02 = 0,08 ( kg ) Nhiệt lượng do nước đá thu vào để nóng chảy là: Vì bỏ qua nhiệt lượng hao phí nên nhiệt lượng thu vào bằng nhiệt lượng toả ra : Q1 = Q2 = 336000 (J )