[Nội dung] [Công thức tính] Nguyên lý truyền nhiệt và Phương trình cân bằng nhiệt & bài tập tham khảo

I. NGUYÊN LÝ CÂN BẰNG NHIỆT

Khi có 2 vật trao đổi nhiệt với nhau (truyền nhiệt) thì:

• Nhiệt lượng sẽ từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.
• Sự truyền nhiệt sẽ xảy ra cho đến khi nhiệt độ của 2 vật cân bằng với nhau thì mới ngừng lại.
• Nhiệt lượng của vật này tỏa ra bao nhiêu thì vật kia sẽ thu bấy nhiêu nhiệt lượng.

Ví dụ: Thả viên bi kim loại nung nóng vào bể nước, ban đầu nhiệt độ của viên bi lớn hơn so với nhiệt độ của nước nên xảy ra sự trao đổi nhiệt. Viên bi kim loại tỏa nhiệt và giảm nhiệt độ còn nước sẽ thu nhiệt để tăng nhiệt độ, khi nhiệt độ của thanh kim loại và nước bằng nhau thì quá trình truyền nhiệt kết thúc.

II. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT

Trong quá trình truyền nhiệt (trao đổi nhiệt), nhiệt lượng vật này tỏa ra bằng với nhiệt lượng vật kia thu vào.

Phương trình cân bằng nhiệt như sau:

Ta có: \(Q_{thu} = Q_{tỏa}\)

Trong đó: 

• \(Q_{thu}\): Tổng nhiệt lượng thu vào của vật chất.
• \(Q_{tỏa}\): Tổng nhiệt lượng tỏa ra của vật chất.

III. BÀI TẬP THAM KHẢO 

Ví dụ: Thả một quả cầu nhôm khối lượng 0,15kg được đun nóng tới 100°C vào một cốc nước ở 20°C. Sau một thời gian, nhiệt độ của quả cầu và của nước đều bằng 25°C. Tính khối lượng nước, coi như chỉ có quả cầu và nước truyền nhiệt cho nhau.

Lời giải tham khảo:

Nhiệt lượng của quả cầu nhôm tỏa ra khi nhiệt độ hạ từ 100°C xuống 25°C là:

\(Q_{tỏa}=m_1 .c_1. (t_1 -t)\) 

= 0.15. 880. (100 - 25) = 9900 (J).

Nhiệt lượng của nước thu vào khi tăng nhiệt độ từ 20°C lên 25°C là:

\(Q_{thu}=m_2 .c_2. (t -t_2)\)

Theo phương trình cân bằng nhiệt thì nhiệt lượng quả cầu tỏa ra bằng với nhiệt lượng nước thu vào:

\(Q_{thu} = Q_{tỏa}\) ⇔ \(m_2 .c_2. (t -t_2)= 9900\)

⇔ \(m_2 = \frac{9900}{c_2.(t-t_2)}\) 

\(= \frac{9900}{4200.(25-20)}\)

= 0,47 (kg)