Giải thích công thức tính nhiệt lượng chi tiết nhất cùng bài tập thực hành (Vật Lý 8)

Nhiệt lượng là gì?

Trước khi đi đến giải thích công thức tính nhiệt lượng, hãy cùng Monkey ôn lại nhiệt lượng là gì?

Nhiệt lượng được định nghĩa như sau: Nhiệt lượng là phần nhiệt năng mà vật nhận thêm được hay mất bớt đi trong quá trình truyền nhiệt.

Chú thích: Nhiệt năng của vật có bản chất như sau: Một vật được cấu tạo bởi các phân tử, các phân tử bên trong vật luôn luôn chuyển đổi không ngừng sinh ra động năng. Tổng động năng của các phân tử đó người ta gọi là nhiệt năng của vật.

Với nhiệt độ càng cao thì nhiệt năng của vật càng lớn.

Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt lượng

Mối quan hệ giữa nhiệt lượng vật cần thu vào để nóng lên với khối lượng, nhiệt độ, nhiệt dung sẽ giúp chúng ta hiểu được bản chất của công thức tính nhiệt lượng hơn. Hãy xem các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt lượng dưới đây.

Khối lượng của vật

Ở phần này ta tìm hiểu mối quan hệ giữa nhiệt lượng vật cần thu vào để nóng lên với khối lượng của vật.

Khối lượng của vật càng lớn thì nhiệt lượng của vật thu vào càng lớn.

• Để chứng minh cho mối quan hệ này ta có thể xem một thí nghiệm đã được thực hiện như sau:

Dùng đèn cồn đun nóng hai cốc nước thuỷ tinh đến 40 °C, biết nhiệt độ ban đầu của nước là 20 °C.

Hai cốc có kích cỡ như nhau nhưng cốc thứ nhất chứa 50g nước, cốc thứ hai chứ 100g nước.

Để đạt 40 °C cốc 1 cần thời gian đun là 5 phút, cốc hai cần 10 phút.

=> Nhiệt lượng của cốc thứ 2 gấp hai lần nhiệt lượng của cốc thứ nhất (do cốc 2 có khối lượng gấp 2 lần cốc 1, mà để cùng đạt 40 °C nó phải thu vào lượng nhiệt nhiều hơn).

Độ tăng nhiệt độ của vật

Tiếp theo cùng tìm hiểu mối quan hệ giữa nhiệt lượng vật cần thu vào để nóng lên và độ tăng nhiệt độ của vật.

Độ tăng nhiệt độ của vật càng lớn thì nhiệt lượng vật thu vào càng lớn.

• Ví dụ chứng minh: Vẫn dùng thí nghiệm với hai cốc nước trên. Lần này ta cho vào hai cốc nước một lượng nước đều giống nhau là 50g. Thời gian đun của hai cốc nước khác nhau

Nhiệt độ ban đầu của hai cốc nước là 20 °C.

Cốc 1 đun trong 5 phút thì nhiệt độ tăng lên 40 °C => độ tăng nhiệt độ là 20 °C

Cốc 2 đun trong 10 phút thì nhiệt độ tăng lên 60 °C => độ tăng nhiệt độ là 40 °C

=> Độ tăng nhiệt độ cốc 1 = ½ độ tăng nhiệt độ cốc 2

Nhiệt lượng sẽ tỷ lệ với thời gian đun => nhiệt lượng cốc 1 = ½ nhiệt lượng cốc 2.

Chất làm vật

Cuối cùng ta tìm hiểu mối quan hệ giữa nhiệt lượng vật cần thu vào để nóng lên với chất làm vật. Đó là nhiệt lượng của vật cần thu vào để nóng lên phụ thuộc vào chất làm vật.

• Ví dụ: Cùng đun 50g băng phiến và 50g nước trong hai cốc giống nhau, độ tăng nhiệt độ của cả ai như nhau đều bằng 20 °C. Tuy nhiên thời gian đun băng phiến mất 4 phút, đun nước mất 5 phút => nhiệt lượng của hai chất này khác nhau, mà yếu tố quyết định sự khác nhau chính là chất làm nên chúng.

Công thức tính nhiệt lượng

Việc nhớ kỹ công thức tính nhiệt lượng là rất cần thiết bởi ngày nay chưa có dụng cụ nào giúp đo được nhiệt lượng từ vật. Ngoài ra có công thức giúp chúng ta thực hành giải một số bài tập vật lý dễ dàng hơn.

Nhiệt lượng thu vào được tính bởi công thức sau:

Q = m.c. ∆t

Chú thích:

• Q: Nhiệt lượng (J).

• m: Khối lượng vật (kg)

• c: Nhiệt dung riêng của chất tạo ra vật (J/kg.K)

• ∆t: Độ tăng hay giảm nhiệt độ của vật (đo bằng độ C hoặc độ K). Nhiệt dung cho ta biết chính xác nhiệt lượng cần thiết để làm cho 1kg chất của vật đó tăng được thêm 1 °C.

• ∆t = t2 - t1 (t2 là nhiệt độ cuối của vật, t1 là nhiệt độ đầu của vật.)

Lưu ý: Ngoài J, kJ nhiệt lượng còn được tính bằng đơn vị calo, kcalo.

1 kcalo = 1000 calo, 1 calo = 4,2 J

Xem thêm: Lý thuyết về đối lưu & bức xạ nhiệt | Giải bài tập lý 8 chi tiết

Nhiệt dung riêng là gì

Nhiệt dung riêng của một chất bất kỳ cho biết nhiệt lượng cần thiết để truyền 1kg chất đó sao cho nhiệt độ tăng thêm 1 °C (hay 1 °K).

Ví dụ: Nước có nhiệt dung riêng là 4200 J/kg.K - nghĩa là nếu ta muốn làm cho 1kg nước nóng lên 1 °C thì cần phải truyền cho nước một nhiệt lượng là 4200 J.

Tham khảo thêm nhiệt dung riêng của một số chất qua bảng dưới đây

Chất Nhiệt dung riêng (J/kg.K) Nước 4200 Rượu 2500 Nước đá 1800 Nhôm 880 Đất 800 Thép 460 Đồng 380 Chì 130

Bài tập công thức tính nhiệt lượng vật lý 8

Câu 1: Để đun nóng 5 lít nước từ 20 °C lên 40 °C cần bao nhiêu nhiệt lượng?

Đáp án: Nhiệt lượng cần có là:

Q = m.c.Δt = 5.4200.(40 - 20) = 420000 J = 420kJ

Câu 2: Người ta cung cấp cho 10 lít nước một nhiệt lượng là 840kJ. Hỏi nước nóng lên thêm bao nhiêu nhiệt độ?

Đáp án: Nhiệt độ nước nóng thêm là: Δt = Q/ (m.c) = 840 000 / (10.4200) = 20 °C

Câu 3: Tính nhiệt dung riêng của một kim loại biết rằng phải cung cấp 5kg kim loại này ở 20 °C

một nhiệt lượng khoảng 59kJ để nó nóng lên đến 50 °C. Kim loại đó tên là gì?

Đáp án: Nhiệt dung riêng của một kim loại là: c = Q/ (m.Δt) = 59000/5.(50-20) = 393,3 J/kg.K

Câu 4: Người ta phơi ra nắng một chậu chứa 5 lít nước. Sau một thời gian nhiệt độ của nước tăng từ 28 °C lên 34 °C. Hỏi nước đã thu được bao nhiêu năng lượng từ Mặt Trời?

Đáp án: Năng lượng nước đã thu được từ Mặt Trời là:

Qthu = m.c.Δt = 5.4200.(34 - 28) = 126000J = 126 kJ.

Trên đây là giải thích công thức tính nhiệt lượng đầy đủ và rất chi tiết, Monkey tin chắc rằng tất cả chúng ta đều dễ dàng hiểu được công thức này. Qua đây chúng ta cũng tự tin áp dụng công thức vào tính toán các bài tập theo chương trình học.