Nhiệt lượng của một vật thu vào để nóng lên phụ thuộc những yếu tố nào?
Theo lý thuyết nhiệt động học, nhiệt lượng của một vật thu vào để nóng lên phụ thuộc vào các yếu tố sau:
a. Khối lượng của vật
Nhiệt lượng cần thiết để nóng lên một vật phụ thuộc vào khối lượng của vật đó. Công thức tính nhiệt lượng là:
Q = m * c * ΔT
Trong đó:
- Q là nhiệt lượng cần thiết (đơn vị J – Joule)
- m là khối lượng của vật (đơn vị kg – kilogram)
- c là nhiệt dung riêng của chất làm vật (đơn vị J/kg·K – Joule trên mỗi kilogram mỗi độ K)
- ΔT là độ tăng nhiệt độ của vật (đơn vị K – độ K)
b. Độ tăng nhiệt độ của vật
Nhiệt lượng cần thiết để nóng lên một vật cũng phụ thuộc vào độ tăng nhiệt độ của vật. Độ tăng nhiệt độ càng lớn thì nhiệt lượng cần thiết cũng càng cao.
c. Nhiệt dung riêng của chất làm vật
Nhiệt dung riêng của chất làm vật là một đại lượng đặc trưng của chất đó, thể hiện khả năng của chất để hấp thụ hoặc giải phóng nhiệt lượng khi nóng lên hay nguội xuống. Các chất có nhiệt dung riêng khác nhau sẽ có nhiệt lượng cần thiết để nóng lên khác nhau.
Nguồn tham khảo: Wikipedia
Công thức tính nhiệt lượng
Công thức tính nhiệt lượng là: Q = m . c . ∆t, trong đó:
Định nghĩa các đại lượng:
Q là nhiệt lượng (J)
m là khối lượng của vật (kg)
∆t là độ tăng nhiệt của vật (0C hoặc K)
c là nhiệt dung riêng của chất làm vật (J/kg.K)
Nhiệt lượng Q là nhiệt lượng mà vật thu vào hoặc toả ra, có đơn vị là Jun (J). Khối lượng của vật m được đo bằng kg. Nhiệt dung riêng của chất c được đo bằng J/kg.K. Độ tăng nhiệt độ hoặc biến thiên nhiệt độ (∆t) được tính bằng cách lấy nhiệt độ cuối trừ đi nhiệt độ ban đầu của vật.
Nhiệt dung riêng của một chất
Nhiệt dung riêng của một chất là số nhiệt lượng cần thiết để làm cho 1kg chất đó tăng thêm 1 độ C. Nó được đo bằng J/kg.K.
Ví dụ, khi nói về năng suất toả nhiệt của than đá là 5.106 J/kg, nghĩa là khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg than đá thì sẽ toả ra một lượng nhiệt là 5.106.
Lưu ý rằng để tính nhiệt lượng Q khi có sự trao đổi nhiệt (có vật tóa nhiệt, vật thu nhiệt), khi công nhận sự bảo toàn năng lượng, cần phải có cả hai đại lượng Q tóa và Q thu. Tuy nhiên, cả hai đại lượng này không thể đo được trực tiếp mà chỉ có thể khảo sát được qua các đại lượng trung gian như thời gian, lượng nhiên liệu tốn, những kiến thức này về sau khi học định luật Jun-len-xơ và năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu HS mới được học.
Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu
Phương trình cân bằng nhiệt Q thu = Q toả cho ta biết nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu. Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra 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 (kg)
Nhiệt là gì?
Nhiệt là một dạng năng lượng dự trữ trong vật chất nhờ vào chuyển động nhiệt hỗn loạn của các hạt cấu tạo nên vật chất. Các phân tử cấu tạo nên vật chất thường chuyển động hỗn loạn không ngừng và nhờ đó chúng có động năng. Nhiệt năng của vật là tổng các động năng như động năng chuyển động của khối tâm của phân tử, động năng trong dao động của các nguyên tử cấu tạo nên phân tử quanh khối tâm chung và động năng quay của phân tử quanh khối tâm. Nhiệt năng có mối quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ, nếu nhiệt độ của vật càng cao thì nhiệt năng của vật càng lớn do các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động nhanh.
Nhiệt lượng và nhiệt dung riêng
Nhiệt có thể trao đổi qua các quá trình bức xạ, dẫn nhiệt, đối lưu. Nhiệt lượng được hiểu 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: Nếu độ tăng nhiệt của vật càng lớn thì nhiệt lượng mà vật thu vào cũng càng lớn.
- Chất cấu tạo nên vật.
Nhiệt dung riêng của một chất có vai trò vô cùng quan trọng trong công thức tính nhiệt dung riêng và nhiệt lượng. Nhiệt dung riêng có thể hiểu là những nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho một đơn vị đo lượng chất đó. Cụ thể là khi dùng để đo khối lượng hoặc số phân tử (như Mol, …). Nhiệt dung riêng thường được sử dụng trong các phép tính nhiệt lượng trong quá trình tham gia công cho vật liệu xây dựng và phục vụ cho việc lựa chọn các vật liệu trong các chạm nhiệt.
Dưới đây là bảng nhiệt dung riêng của một số chất thường gặp trong đời sống học sinh:
- Nước: 4200 J/kg.K
- Đất: 800 J/kg.K
- Rượu: 2500 J/kg.K
- Thép: 460 J/kg.K
- Nước đá: 1800 J/kg.K
- Đồng: 380 J/kg.K
- Nhôm: 880 J/kg.K
Nhiệt dung riêng là lượng nhiệt cần thiết để cung cấp cho một đơn vị đo lượng chất đó, khi dùng để đo khối lượng hoặc số phân tử của chất đó, khi nhiệt độ của nó tăng 1 độ C. Đơn vị đo nhiệt dung riêng là Joule/kilogram/Kelvin (J/kg.K) hoặc Joule/mol/Kelvin (J/mol.K). Nhiệt dung riêng thường được sử dụng trong các phép tính nhiệt lượng trong quá trình tham gia công cho vật liệu xây dựng và phục vụ cho việc lựa chọn các vật liệu trong các công trình nhiệt.
Để tính nhiệt lượng cần thiết trong một quá trình truyền nhiệt, ta có thể sử dụng công thức Q = m.c.Δt, trong đó:
- Q là nhiệt lượng cần tính (đơn vị là Joule)
- m là khối lượng của chất (đơn vị là kilogram)
- c là nhiệt dung riêng của chất (đơn vị là J/kg.K)
- Δt là sự thay đổi về nhiệt độ của chất (đơn vị là Kelvin)
Ví dụ, để tính nhiệt lượng cần thiết để đun 4kg nước từ 15 độ C lên đến 100 độ C trong một cái thùng bằng sắt có khối lượng 2kg, ta có thể sử dụng công thức trên với m1 = 4kg, c1 = 4200 J/kg.K, Δt1 = 100 – 15 = 85 K (Kelvin), m2 = 2kg, c2 = 460 J/kg.K, và Δt2 = 100 – 15 = 85 K (Kelvin). Sau đó, cộng tổng nhiệt lượng cần thiết từ hai quá trình lại để có tổng nhiệt lượng cần tính.
Bài 3: Một siêu nước nhôm có khối lượng 0,5kg, bên trong chứa 2kg nước 25°C. Hỏi rằng để đun sôi ấm nước lên mức 100°C, siêu nước nhôm cần nhận bao nhiêu nhiệt lượng?
Theo công thức: Q = m.c.Δt, ta có:
- Nhiệt lượng cần truyền cho nước để đưa nước từ 25°C lên 100°C: Q1 = m1.c1.Δt1 = 2.4200.(100-25) = 665000 J
- Nhiệt lượng cần truyền cho siêu nước nhôm để đưa từ 25°C lên 100°C: Q2 = m2.c2.Δt2 = 0.5.880.(100-25) = 346500 J
Tổng nhiệt lượng cần nhận cho siêu nước nhôm là: Q = Q1 + Q2 = 665000 + 346500 = 1,011,500 J
Vậy siêu nước nhôm cần nhận 1,011,500 J nhiệt lượng để đun sôi ấm nước lên mức 100°C.
