Tất tần tật những điều cần biết về nhiệt lượng
1.Nhiệt lượng là gì?
Trong quá trình truyền nhiệt, nhiệt lượng được cho là phần nhiệt năng mà vật nhận được hoặc mất đi.
Bên cạnh đó, nhiệt lượng của một vật thu vào để làm nóng lên thường phụ thuộc vào 3 yếu tố dưới đây:
-
Khối lượng của vật: Trong trường hợp khối lượng của vật càng lớn thì nhiệt lượng của vật thu vào cũng càng lớn.
-
Độ tăng của nhiệt độ: Khi nhiệt độ càng lớn thì nhiệt lượng mà vật thu vào càng lớn.
-
Nhiệt dung riêng của chất liệu là ra vật.
Nhiệt lượng là phần nhiệt năng mà vật nhận được hoặc mất đi
2.Đơn vị nhiệt lượng
Đơn vị đo của nhiệt lượng là Jun, ký hiệu là J
Với 1kJ = 1000 J.
Không chỉ có Jun và Kilojun, nhiệt lượng còn có đơn vị đo là calo và kcalo (kcal):
1 kcal = 1000 calo;
1 calo = 4,2 J.
3.Đặc điểm đặc trưng của nhiệt lượng
Những đặc điểm đặc trưng của nhiệt lượng
-
Nhiệt lượng vật cần thu để tham gia vào quá trình làm nóng lên sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào khối lượng của vật, độ tăng nhiệt độ cũng như nhiệt dung riêng của chất liệu làm ra vật.
-
Nhiệt lượng riêng cao: Khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng nhiên liệu trong bơm, nhiệt lượng sẽ tỏa ra.
-
Nhiệt lượng riêng thấp: Tức nhiệt lượng riêng cao có khả năng loại trừ nhiệt bốc hơi của nước sẽ được giải phóng và tạo ra trong suốt quá trình đốt cháy mẫu nhiên liệu.
-
Ở điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt dung của nhiệt lượng kế và lượng nhiệt cần thiết để đốt nóng nhiệt lượng kế lên 1oC.
4.Công thức tính nhiệt lượng
Để tính được nhiệt lượng, người ta thường áp dụng công thức sau:
Q = m.c.∆t
Trong đó:
Q: nhiệt lượng mà vật tỏa ra hoặc thu vào, đơn vị là Jun (J).
m: khối lượng của vật, đơn vị được tính bằng kg.
c: nhiệt dung riêng của chất, đơn vị được tính bằng J/kg.K
Dựa vào nhiệt dung riêng của một chất, ta có thể cho biết nhiệt lượng cần thiết để làm cho 1kg chất đó tăng thêm 1 độ C.
Với ∆t là độ thay đổi nhiệt độ hay nói khác là biến thiên nhiệt độ (độ C hoặc K)
-
∆t = t2 – t1
-
∆t > 0 : vật toả nhiệt
-
∆t < 0 : vật thu nhiệt
5.Cân bằng nhiệt
Cân bằng nhiệt là một trạng thái cân bằng nhiệt độ sau quá trình trao đổi nhiệt. Khi hai vật tiến hành trao đổi nhiệt với nhau thì nhiệt sẽ truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp hơn, đến khi nào nhiệt độ của hai vật bằng nhau mới dừng lại. Khi đó, hai vật đang cân bằng nhiệt với nhau.
Trong quá trình trao đổi nhiệt, nhiệt lượng vật này tỏa ra sẽ bằng nhiệt lượng vật kia thu vào.
Phương trình cân bằng nhiệt:
Qtỏa ra = Qthu vào
Ngoài ra, khi đốt cháy nhiên liệu sẽ có nhiệt lượng tỏa ra, ta có công thức tính như sau:
Q = q.m
Trong đó:
Q: Nhiệt lượng tỏa ra của vật, đơn vị J.
q: Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu, đơn vị là J/kg.
m: Khối lượng của nhiên liệu khi bị đốt cháy hoàn toàn, đơn vị được tính bằng kg.
6. Phân biệt nhiệt lượng toàn phần và nhiệt lượng có ích
Để bạn đọc có thể phân biệt được nhiệt lượng toàn phần và nhiệt lượng có ích, chúng ta hãy cùng tham khảo khái niệm dưới đây nhé:
-
Nhiệt lượng toàn phần (Q thu vào) là là tổng nhiệt lượng của các vật thu vào trong một hệ thống. Trong quá trình điều chế hoặc làm việc của hệ thống đó, nhiệt lượng toàn phần bao gồm cả nhiệt lượng có ích và nhiệt lượng tỏa ra. Bên cạnh đó, Q toàn phần thường được tính bằng công thức: Q thu vào = Q có ích + Q tỏa ra.
-
Trong khi đó, nhiệt lượng có ích (Q có ích) là chỉ nhiệt lượng được sử dụng một cách hữu ích để thực hiện công việc trong hệ thống. Nó là nhiệt lượng thực sự hữu ích và có ích cho mục tiêu cụ thể của hệ thống đó.
Chẳng hạn, trong một máy làm lạnh, nhiệt lượng có ích là nhiệt lượng được tạo ra, dùng làm lạnh không gian. Trong khi đó, Q tỏa ra là nhiệt lượng bị lãng phí và tỏa ra ra môi trường.
7. Những bài tập liên quan đến nhiệt lượng
Bài 1: Một bếp điện khi hoạt động bình thường có điện trở R = 50Ω và cường độ dòng điện chạy qua bếp khi đó là I = 2A.
a) Tính nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong vòng 1 giây.
b) Mỗi ngày, gia đình sử dụng bếp điện 4 giờ, hãy tính tiền điện cần chi trả trong 30 ngày. Biết giá điện là 1000đồng/kWh
Hướng dẫn:
a) Trong 1 giây, nhiệt lượng mà bếp tỏa ra là:
Q = I2.R.t = 22.50.1 = 200J
b) Lượng điện năng mà bếp điện tiêu thụ trong 30 ngày, tính theo đơn vị kW.h là:
A = P.t = 200.30.4 = 24000 W.h = 24 kW.h
Vậy số tiền điện trong 30 ngày mà gia đình cần phải trả là:
T = 24.1000 = 24000 đồng
Bài 2: Sử dụng bếp điện để đun sôi 2L nước có nhiệt độ ban đầu là 25 độ C, để đun sôi nước sẽ mất 25 phút. Biết bếp điện sử dụng có thông số như sau: R = 80Ω; I = 2,5A.
Trong đó, nhiệt lượng cung cấp để đun sôi nước là có ích, hãy tính hiệu suất của bếp. Với nhiệt dung riêng của nước là C = 4200J/kg.K.
Hướng dẫn giải:
Trong 1 giây, nhiệt lượng mà bếp tỏa ra là:
Q = I2.R.t = 2,52.80.1 = 500J
Trong 25 phút, nhiệt lượng mà bếp tỏa ra là
Qtp = Q.25.60 = 500.25.60 = 750000
Vậy, nhiệt lượng cần thiết để đun sôi 2L nước là:
Qi = m.c.∆t = m.c.(t2 – t1) = 4200.2.(100 – 25) = 630000
Hiệu suất của bếp là:
H = Qi/Qtp = 630000/750000 = 84%.
Bài 3: Một bình nước siêu tốc có ghi 220V – 1000W sử dụng với hiệu điện thế 220V để đun sôi 2l nước ở nhiệt độ ban đầu 20 độ C. Hiệu suất đun sôi của ấm là 90%, trong đó nhiệt lượng cung cấp để đun sôi nước được coi là có ích và nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K.
a) Hãy tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi lượng nước trên
b) Tính nhiệt lượng mà bình siêu tốc đã tỏa ra khi đó.
c) Cần bao nhiêu thời gian để đun sôi lượng nước ở trên?
Nhiệt lượng cần dùng để đun sôi nước
Lời giải:
a) Để đun sôi 2L nước thì nhiệt lượng cần cung cấp là:
Qi = m.c.∆t = m.c.(t2 – t1) = 4200.2.(100-20) = 672000J
b) Nhiệt lượng mà bình siêu tốc đã tỏa ra khi đó là:
Ta có H = Qi/Qtp nên Qtp = Qi/H = 672000/ (90/100) = 746700J
c) Để đun sôi lượng nước trên thì cần khoảng thời gian là:
Ta có Qtp = A = P.t nên t = Qtp/P = 746700/1000 ≈ 747s
Trên đây là những thông tin quan trọng về nhiệt lượng là gì mà Đông Á muốn chia sẻ đến bạn đọc. Hi vọng với những kiến thức này sẽ giúp bạn hiểu hơn về nhiệt lượng, cũng như nắm được đặc điểm và công thức tính của chúng.