Nhiệt lượng là một thuật ngữ quen thuộc trong môn vật lý và cũng được dùng rất nhiều trong đời sống. Vậy nhiệt lượng là gì? Chúng có đặc điểm như thế nào? Công thức tính nhiệt lượng thế nào cho chính xác? Hãy cùng VIETCHEM đi giải đáp những thắc mắc và vận dụng làm một số bài tập về nhiệt lượng nhé!

1. Nhiệt lượng là gì? 

Nhiệt lượng là phần nhiệt năng mà vật nhận được hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt.

Nhiệt lượng của một vật thu vào để làm nóng lên phụ thuộc vào ba yếu tố sau:

• Khối lượng của vật: Nếu khối lượng của vật càng lớn thì nhiệt lượng của vật thu vào cũng càng lớn.
• Độ tăng nhiệt độ: Càng lớn thì nhiệt lượng mà vật thu vào cũng càng lớn.
• Chất cấu tạo nên vật.

Nhiệt lượng là gì

2. Những đặc điểm nổi bật của nhiệt lượng

• Nhiệt lượng vật cần thu để phục vụ cho quá trình làm nóng lên phụ thuộc hoàn toàn vào khối lượng của vật, độ tăng nhiệt độ của vật cũng như nhiệt dung riêng của chất liệu làm ra vật.
• Nhiệt lượng riêng cao: Tức nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng nhiên liệu trong bơm. 
• Nhiệt lượng riêng thấp: Tức nhiệt lượng riêng cao loại trừ nhiệt bốc hơi của nước được giải phóng và tạo thành trong cả quá trình đốt cháy mẫu nhiên liệu.
• Nhiệt dung của nhiệt lượng kế và lượng nhiệt cần thiết để đốt nóng nhiệt lượng kế lên 1oC ở điều kiện tiêu chuẩn (còn gọi là giá trị nước của nhiệt lượng kế).

Những đặc điểm nổi bật của nhiệt lượng

3. Công thức tính nhiệt lượng 

Nhiệt lượng được tính bằng công thức sau:

Q = m.c.∆t

Trong đó:

Q: là nhiệt lượng mà vật thu vào hoặc toả ra. Có đơn vị là Jun (J).

m: là khối lượng của vật, được đo bằng kg.

c: là nhiệt dung riêng của chất, được đo bằng J/kg.K (Nhiệt dung riêng của một chất có thể cho biết nhiệt lượng cần thiết để có thể làm cho 1kg chất đó tăng thêm 1 độ C). 

∆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

Ví dụ: Khi nói năng suất toả nhiệt của than đá là 5.10^6 J/kg nghĩa là khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg than đá, sẽ toả ra một lượng nhiệt là 5.10^6.

Nhiệt dung riêng thường được dùng để tính toán nhiệt lượng trong quá trình gia công vật liệu xây dựng và phục vụ cho việc chọn lựa các vật liệu trong chạm nhiệt. Bảng nhiệt dung riêng của một số chất thường gặp như sau: 

4. Phương trình cân bằng nhiệt & Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra 

4.1 Phương trình cân bằng nhiệt

Q thu = Q toả

• Q thu: là tổng nhiệt lượng của các vật khi thu vào.
• Q tỏa:  tổng nhiệt lượng của các vật khi tỏa ra.

4.2 Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu

Q = q.m

Trong đó:

• Q: là nhiệt lượng tỏa ra của vật (J).
• q: là năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu (J/kg)
• m: là khối lượng của nhiên liệu khi bị đốt cháy hoàn toàn được tính bằng kg.

Hình ảnh nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu

>>>XEM THÊM: : Phương trình nhiệt phân KClO3.5H2O

5. Các thiết bị phân tích nhiệt lượng trong than đá phổ biến  

5.1 Bom nhiệt lượng CT2100

• Phạm vi đo: 0- 32 000 J/g.  
• Độ phân giải nhiệt độ: 0,001 oC.   
• Độ chính xác: 0,2%. 
• Sai số nhiệt lượng max với than: 160 J/g.

5.2 Bom nhiệt lượng CT5000

• Sự chính xác nhiệt độ: <0,2%.   
• Sự ổn định dài hạn: <0,2%. 
• Độ phân dải nhiệt độ: 0,0001 oC.
• Dải nhiệt độ: 0 - 32 MJ/KG.   
• Sai số nhiệt lượng max với than: 160 J/g.

5.3 Bom nhiệt lượng CT6000

• Sự chính xác nhiệt độ: <0,1%. 
• Sự ổn định dài hạn: <0,2%. 
• Độ phân dải nhiệt độ: 0,0001 oC. 
• Dải nhiệt lượng: 1000 - 400000 kJ/kg. 
• Sai số nhiệt lượng max với than: 160J/g.

5.4 Bom nhiệt lượng CT7000

• Độ chính xác: ≤0.1%. 
• Ổn định lâu dài: ≤ 0,15%. 
• Sai số tuyệt đối lớn nhất trong lượng nhiệt song song mẫu:

Đối với than: ≤ 120KJ / kg

Đối với gangue: K60 KJ / kg 

• Thời gian thử nhiệt: Thời gian chuẩn là 7 phút (tổng cộng 12-19 phút) và than được đo nhanh trong khoảng thời gian chính (4 phút). 
• Nhiệt độ độ phân giải: 0.0001°C.
• Phạm vi kiểm tra: 0- 32 MJ/KG.

6. Một số bài tập vận dụng về nhiệt lượng

Bài 1: Một bếp điện khi hoạt động bình thường có điện trở R = 80Ω và cường độ dòng điện chạy qua bếp khi đó là I = 2,5A.

a) Tính nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 1 giây.

b) Dùng bếp điện để đun sôi 1,5l nước có nhiệt độ ban đầu là 25 độ C thì sẽ mất 20 phút để đun sôi nước. Coi rằng nhiệt lượng cung cấp để đun sôi nước là có ích, hãy tính hiệu suất của bếp. Nhiệt dung riêng của nước là C = 4 200J/kg.K.

c) Thời gian sử dụng bếp điện mỗi ngày là 3 giờ. Tính tiền điện phải trả trong 30 ngày cho việc sử dụng bếp điện, nếu giá 1kW.h là 700 đồng.

Lời giải: 

a) Nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 1 giây:

Q = I².R.t = 2,5².80.1 = 500J

b) Nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 20 phút

Qtp = Q.20.60 = 600000J

Nhiệt lượng cần để đun sôi lượng nước: 

Qi = m.c.∆t = m.c.(t2 – t1) = 4200.1,5.(100 - 25) = 472500J

Hiệu suất của bếp:

H = Qi/Qtp = 472500/600000 = 78,75 %.

c) Lượng điện năng mà bếp tiêu thụ trong 30 ngày, tính theo đơn vị kW.h là:

A = P.t = 500.30.3 = 45000 W.h = 45 kW.h

Vậy số tiền điện phải trả là:

T = 45.700 = 315000 đồng

Bài 2: Một ấm điện có ghi 220V - 1000W được sử dụng với hiệu điện thế 220V để đun sôi 2l nước từ 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.

a) Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi lượng nước trên, cho biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K.

b) Tính nhiệt lượng mà ấm điện đã tỏa ra khi đó.

c) Tính thời gian cần thiết để đun sôi lượng nước trên.

Lời giải: 

a) Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi lượng nước trên là:

Qi = m.c.∆t = m.c.(t2 – t1) = 4200.2.(100-20) = 672000J

b) Nhiệt lượng mà ấm đã tỏa ra khi đó là:

H = Qi/Qtp => Qtp = Qi/H = 672000/ (90/100) = 746700J

c) Thòi gian cần thiết để đun sôi lượng nước trên:

Qtp = A = P.t => t = Qtp/P = 746700/1000 ≈ 747s

Bài tập 3: Người ta đưa một miếng sắt có khối lượng 22,3 gam vào một cái lò để xác định biệt độ của lò. Khi miếng sắt có nhiệt độ bằng nhiệt độ của lò, người ta lấy ra và thả vào nhiệt kế chứa 450g, nước ở 15^oC, nhiệt độ của nước tăng lên 22,5^oC. Hãy xác định nhiệt độ ban đầu của lò?

Lời giải:

+ Nhiệt lượng tỏa ra:

Q_Fe = m_Fe.C_Fe. (t₂ -t) = 10,7t₂ - 239,8

+ Nhiệt lượng thu vào:

Q_H2O = m_H2O. C_H2O . (t-t₁) = 14107.5 (J)

+ Áp dụng phương trình cân bằng ta có:

Q_^tỏa = Q_Thu

<=> 10,7 t_² - 239,8 = 14107,5

=> t_² = 1340,9 ^oC

Bài tập 4: Một cốc nhôm m = 100g chứa 300 nước ở nhiệt độ 20 độ C. Người ta thả vào cốc một thìa đồng khối lượng 75g vừa rút ra từ nồi nước sôi 100 độ . Hãy xác định nhiệt độ của nước trong cốc khi có sự cân bằng nhiệt? Bỏ qua các hao phí nhiệt ra ngoài. Cho biết nhiệt dung rinrg của nước  là 4190J/kg.K, của nhôm là 880 J/kg.K, của đồng là 380 J/kg.K.

Lời giải: 

- Nhiệt lượng tỏa ra:

Q_Cu = m_Cu. C_cu. (t₂-t) = 2850 - 28,5t

- Nhiệt lượng thu vào:

Q_H2O = m_H2O. C_H2O . (t - t₂) = 1257t- 25140

Q_Al = m_Al. C_Al. (t-t₁) = 88t- 1760

+ Áp dụng phương trình cân bằng ta có:

Q_tỏa = Qt_hu = 280 - 288,5t = 1257t - 25140 + 88t - 1760

=> t = 21,7 ^oC

Bài tập 5: Trộn ba chât lỏng không tác dụng hóa học lẫn nhau. Biết khối lượng lần lượt là m₁ = 1kg. m₂ = 10kg; m₃ = 5kg, nhiệt độ và nhiệt dung riêng lần lượt là t₁ = 6^oC; c₁ = 2kJ/kg.độ, t₂ = -40^oC; c₂ = 4kJ/kg.độ, t₃ = 60^oC; c₃ = 2kJ/kg.độ. Tìm

a/ Nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp

b/ nhiệt lượng cần để làm nóng hỗn hợp đến 6^oC

Lời giải:

a/ Phương trình cân bằng nhiệt: Q₁ + Q₂ + Q₃ = 0

c₁m₁(t-t₁) + c₂m₂(t – t₂) + c₃m₃(t – t₃) = 0 => t = – 19^oC

b/ Nhiệt lượng để làm nóng hỗn hợp lên đến t’ = 6^o

Q = (c₁m₁ + c₂m₂ + c₃m₃)(t-t’) = 1300kJ