Các bài tập cơ bản phần nhiệt học và phương pháp giải

Các bài tập cơ bản phần nhiệt học và phương pháp giải:
( Các kiến thức cơ bản này các em cần phải nhớ để làm các bài tập tổng hợp )
Bài toán1:Tính nhiệt lượng cần thiết để m(kg) chất A thay đổi nhiệt độ từ t1 đến t2.
Phương pháp giải:
 áp dụng công thức: Q = mA CA(t2-t1)
Nếu t2> t1. Vật thu năng lượng.
áp dụng công thức: Q = mA CA(t1-t2)
Nếu t2< t1. Vật toả năng lượng.
mA: khối lượng của chất A - đơn vị (kg).
CA: Nhiệt dung riêng của chất A - đơn vị J/kg.độ.
t1: Nhiệt độ ban đầu của vật A- đơn vị 0C
t2: Nhiệt độ lúc sau của vật A- đơn vị 0C
Nhận xét bài toán 1:
Từ bài toán 1 người ta có thể yêu cầu ta tính :
+Nhiệt lượng vật A toả ra hoặc vật A thu vào dựa vào nhiệt độ đầu vầ cuối
+Khối lượng của vật A biết CA, Q, t1, t2
+Nhiệt dung riêng của chất A(xác định chất A) biết Q, mA, t1, t2.
Nếu thay chất A bằng hai hay nhiều chất (hệ chất) ta có bài toán thứ hai ví dụ như sau:
Bài toán 2: Tính nhiệt lượng cần thiết cung cấp để một ấm nhôm có khối lượng m1(kg) đựng m2 (kg) nước thay đổi nhiệt độ từ t1 đến t2.
Phương pháp giải:
 - Do tính chất cân bằng nhiệt độ:
 t1 nhôm = t1 nước và t2 nước = t2 nhôm 
Xác định nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt độ của nhôm:
 Q1 = m1C1( t2 – t1)
Xác định nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt độ của nước
 Q2 = m2C2( t2 – t1).
Nhiệt lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ của ấm nhôm đựng nước là:
 Q = Q1 + Q2 =( t2 – t1)( m1C1+ m2C2)
Nhận xét bài toán 2:
- Cũng giống với bài toán 1 người ta có thể yêu cầu ta tính:
Nhiệt lượng cần cung cấp cho hệ vật trên tăng từ t1 đến t2.
Nhiệt lượng toả ra của hệ vật trên giảm t1 xuống t2.
Tìm khối lượng, nhiệt dung riêng, độ tăng nhiệt độ của hệ chất.
Nếu hệ chất có từ 3 chất trở lên thì phương pháp giải hoàn toàn tương tự.
Bài toán 3: Xác định khối lượng, nhiệt dung riêng, độ tăng nhiệt độ của một vật( toả hay thu nhiệt) từ sự cân bằng nhiệt.
Nhận xét: khi để hai vật nóng và lạnh gần nhau, thông thường vật nóng sẽ nguội đi và vật lạnh sẽ nóng lên. Điều này có nghĩa là đã có một phần nhiệt lượng nào đó truyền từ vật nóng sang vật lạnh cho đến khi nhiệt độ của hai vật cân bằng: 
Ta có: Qtoả = Qthu.
Từ nhận xét trên ta có phương pháp giải sau đối với các vật không có sự chuyển thể:
Xác định rõ ràng vật nào toả nhiệt, vật nào thu nhiệt( vật nào nóng hơn, vật đó toả nhiệt, vật nào lạnh hơn vật đó sẽ thu nhiệt)
Viết phương trình nhiệt lượng( toả ra hay thu vào) của mỗi vật
 Giả sử nhiệt độ của hai vật cân bằng là t’ và t1< t’< t2 
 Q1 = m1C1( t’ – t1)
 Q2 = m2C2( t2 – t’).
áp dụng phương trình cân bằng nhiệt Q1 = Q2
Giải phương trình, tính toán suy ra các đại lượng cần tìm.
- Nếu có sự chuyển thể của các chất thì ta phải tính thêm nhiệt lượng cần cung cấp hoặc toả ra vào Qthu hoặc Qtoả rồi cũng áp dụng phương trình cân bằng nhiệt để tìm các đại lượng còn lại.
- lưu ý trong từng quá trình toả nhiệt hay thu nhiệt có thể trải qua nhiều giai đoạn.
Bài toán 4: Đun nóng m(kg) một chât A từ nhiệt độ t1-> t2 bằng một loại nhiên liệu(dầu, ga, củi.). Xác định khối lượng nhiên liệu cần đốt cháy.
- Nhiêt lượng toả ra khi đốt cháy 1kg nhiên liệu (đốt cháy hoàn toàn) gọi là năng suất toả nhiệt của nhiên liệu ấy kí hiệu là q.
- Nếu đố cháy m(kg) nhiên liêu ấy thì năng suất toả nhiệt lúc này sẽ là:
Q= q. m
-Năng suất toả nhiệt của một số chất:
Củi khô: 10.106J/kg. 
Dầu hoả: 44.106J/kg.
Than gỗ: 30.106J/kg. 
Xăng : 46.106J/kg.
Than đá : 34.106J/kg.
Hydrô: 140.106J/kg
Phương pháp giải:
-Xác định nhiệt lượng cần thiết để đun nóng chất A từ nhiệt độ t1 đến t2 
 Q1 = mC1( t2 – t1) (J).
-Trường hợp lí tưởng: Q = Q1 =>khối lượng nhiên liệu cần đốt cháy :
 M =Q1/ q.
-Trường hợp có hao phí:
 + Nhiệt lượng cần đốt chaý là: Q= m.H.(Với H là hiệu suất toả nhiệt)
 + áp dụng Q = Q1 => khối lượng cần đốt cháy là: m =Q1/ H.q
Bài tập áp dụng:
Bài 1:
để đun sôi 50 lít nước từ 200C bằng bếp than. Biết hiệu suất của bếp là 85%.Xác định lượng than củi cần thiết để đun lượng nước trên. Cho năng suất toả nhiệt của than củi là q=30.106/kg.
Bài 2: Đun 45 lít nước từ 200C đến điểm sôi. xác định hiệu suất của bếp dầu. Biết rằng khi đun lượng nước nói trên, phảI tốn 0,5kg dầu hoả.
Bài 3:Dùng một bếp dầu để đun sôI một ấm nước bằng nhôm khối lượng 500g chứa 5l nước ở nhiệt độ 200C. 
Tính nhiệt lượng cần thiết để đun sôI ấm nước trên.
Bếp có hiệu suất 80%. Tính thể tích dầu cần thiết.Cho khối lượng riêng của dầu D =800kg/m3
Bài toán 5: Xác định nhiệt lượng cần thiết để một vật(chất) chuyển trạng thái từ rắn sang lỏng sang hơi hoặc từ lỏng sang hơi
-Phương pháp giải:
-Xác lập một sơ đồ hấp thụ nhiệt:
Chất (A) t1 ---Q1--->(A) tnc--- Q2--->(A)nc—Q3---->Asôi—Q4---->(A)hơi 
- Bài toán có thể xem như có 4 quá trình hấp thụ nhiệt:
 + Chuyển từ nhiệt độ t1 sang nhiệt độ nóng chảy:
 Q1 = mC1( tnc– t1)
 + Chuyển từ nhiệt độ nóng chảy sang nóng chảy hoàn toàn:
 Q2 = m1.
 + Chuyển từ nhiệt độ nóng chảy hoàn toàn đến nhiệt độ sôi:
 Q3 = mC2( tsôi– tnc)
 + Chuyển từ nhiệt độ sôi sang bốc hơi hoàn toàn;
 Q4 = m.L
Nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho cả quá trình là tổng của 4 nhiệt lượng trên
 Q= Q1+ Q2 +Q3 + Q4 
Lưu ý:
Nhiệt dung riêng của một số chất thường dùng
Nhiệt độ nóng chảy của một số chất thông thường
Nhiệt độ sôi của một số chất thông thường
-Nước: 4200J/kg.độ
-Rượu: 4200J/kg.độ
-Nước đá: 2500J/kg.độ
-Nhôm: 880J/kg.độ
-Sắt,thép,gang: 460J/kg.độ 
-Đồng:380J/kg.độ: 
-Chì: 130J/kg.độ
-Đất: 800J/kg.độ
-Thép: 13000C
-Đồng: 10830C
-Vàng: 10640C
-Bạc: 9600C
-Nhôm: 6580C
-Chì: 3270C
-Kẽm: 2320C 
-Băng phiến: 800C
-Nước đá: 13000C
-Thuỷ ngân: -390C
-Rượu: -1170C
--ête: 350C
-Rượu: 800C
-Nước: 1000C
-Thuỷ ngân: 3570C
-Đồng: 25880C
-Sắt: 30500C
Bài toán 6: Động cơ nhiệt 
Động cơ nhiệt mà trong đó nội năng của nhiên liệu khi cháy được chuyển hoá thành cơ năng. Bài tập thuộc dạng này, thường lại rơI vào chủ đề tính công, và công suất, tính hiệu suất, và năng lượng toả nhiệt của nhiên liệu.
Hiệu suất của động cơ điện là tỷ số giữa phần năng lượng chuyển hoá thành công có ích của động cơ và năng lượng toàn phần do nhiên liệu cháy tạo ra.
 Phương pháp giải:
 áp dụng các công thức sau:
A =F.s 
P =A/t hoặc P =F.v
H= Aci/ Atp 
Năng suất toả nhiệt của nhiên liệu: Q =m.q
Bài tập áp dụng:
Bài 1: một ô tô có công suất 15000W. tính công của máy sinh ra trong một giờ. Biết hiệu suất của máy là 25%. Hãy tính năng lượng xăng tiêu thụ để sinh ra công đó. Biết năng suất toả nhiệt của xăng là 46.106/kg.
 Bài2:Tính lượng than mà động cơ nhiệt tiêu thụ mỗi giờ. Biết rằng mỗi giờ động cơ thực hiện được một công là 40500kJ, năng suất toả nhiệt của than là 36.106J/kg và hiệu suất của động cơ là 10%.
Bài 3:Một ô tô chạy 100km với lực kéo không đổi là 700N thì tiêu thụ hết 5 lít xăng. Tính hiệu suất của động cơ. Cho khối lượng riêng của xăng là D =700kg/m3.
Bài 4:Với 2 lít xăng, một chiếc xe máy có công suất 1,4kW chuyển động với vận tốc 36km/h thì sẽ đI được một quãng đường dài bao nhiêu? Cho hiệu suất của động cơ 30% khối lượng riêng của xăng là 700kg/m3 và năng suất toả nhiệt của xăng là 46.106J/kg.
Bài 5: Một máy bơm nước chạy bằng nhiên liệu dầu, có năng suất toả nhiệt là 46.106J/kg và có công suất là 20%. Biết máy có thể đưa 800m3 nước lên cao 10m .Tính mức nhiên liệu cần thiết.