Đang tải... (xem toàn văn)
Chuyên đề bồi dưỡng HSG rất hay.
NHIỆT HỌC I./ Nhiệt độ - Nhiệt kế - Nhiệt giai: 1) Nhiệt độ: Nhiệt độ của vât càng cao thì các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh. 2) Nhiệt kế: - Là dụng cụ dùng để đo nhiệt độ. - Có nhiều loại: nhiệt kế y tế; nhiệt kế thuỷ ngân; nhiệt kế rượu (hay dầu) 3) Nhiệt giai: Có nhiều loại nhiệt giai: - Nhiệt giai Xenxiut ( 0 C): chọn nước đá đang tan là 0 0 C; hơi nước đang sôi là 100 0 C - Nhiệt giai Farenhai ( 0 F): chọn nước đá đang tan là 32 0 F; hơi nước đang sôi là 212 0 F Suy ra: 1 0 C = 1,8 0 F hay 1 0 F = 1/1,8 0 C - Nhiệt giai Kenvin (K): chọn nước đá đang tan là 273K; hơi nước đang sôi là 373K Suy ra 1 0 C = 1K - Đổi 0 C sang 0 F và 0 F sang 0 C: Ví dụ 1: Đổi 20 0 C sang 0 F: 20 0 C = 0 0 C + 20 0 C = 32 0 F + (20 x 1,8 0 F) = 68 0 F Ví dụ 2: Đổi 68 0 F sang 0 C: 68 0 F = 32 0 F + 36 0 F = 0 0 C + (36/1,8 0 C) = 20 0 C II./ Nhiệt năng: -Tổng động năng của các phân tử cấu tạo nên vật gọi là nhiệt năng của vật. -Có 2 cách làm thay đổi nhiệt năng: thực hiện công và truyền nhiệt. III./ Nhiệt lượng: -Là phần nhiệt năng mà vật nhận thêm hay mất bớt trong quá trình truyền nhiệt. -Có 3 cách truyền nhiệt 1) Dẫn nhiệt: - Là sự truyền nội năng từ hạt này sang hạt khác của vật. - Dẫn nhiệt chủ yếu xảy ra ở chất rắn. - Kim loại dẫn nhiệt tốt nhất. - Chất lỏng dẫn nhiệt kém (trừ dầu và thuỷ ngân). - Chất khí dẫn nhiệt rất kém. 2) Đối lưu: -Là sự truyền nội năng bởi các dòng chất lỏng hay chất khí. -Dòng chất lỏng (khí) nóng từ dưới đi lên và dòng chất lỏng (khí) lạnh từ trên đi xuống. 3) Bức xạ nhiệt: -Là sự truyền nội năng bằng cách phát ra những tia nhiệt đi thẳng. -Các vật nóng đều phát ra các bức xạ nhiệt. IV./ Nhiệt dung riêng: -Nhiệt dung riêng của một chất cho biết nhiệt lượng cần truyền cho 1kg chất đó tăng thêm 1 0 C. -Ký hiệu: C Đơn vị: J/kg.K Ví dụ: Nói nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K có nghĩa là Tài liệu bồi dưỡng vật lí 8 1 Muốn 1kg nước tăng thêm 1 0 C thì cần cung cấp một nhiệt lượng là 4200J V./ Công thức tính nhiệt lượng: 1) Công thức: Q = m.C.∆t Trong đó: Q: nhiệt lượng thu vào (hay toả ra) (J) m: khối lượng vật (kg) ∆t: độ tăng (hay giảm) nhiệt độ ( 0 C) - Nếu tính nhiệt lượng thu vào để tăng nhiệt độ: ∆t = t 2 – t 1 - Nếu tính nhiệt lượng toả ra để giảm nhiệt độ: ∆t = t 1 – t 2 Chú ý: Có nhiều bài toán ta không biết được vật tăng hay giảm nhiệt độ (vì bài toán chỉ cho ẩn số) ta tính: ∆t = t 0 cuối – t 0 đầu Lúc này ∆t có thể dương hay âm => Q có thể dương hay âm. - Nếu Q > 0: vật thu nhiệt - Nếu Q < 0: vật toả nhiệt 2) Phương trình cân bằng nhiệt: Nếu biết rõ vật nào toả nhiệt, vật nào thu nhiệt, ta dùng phương trình: Q toả = Q thu (1) Tổng quát : m 1 c 1 .∆t 1 + m 2 c 2 .∆t 2 + … + m 2 c 2 .∆t 2 = 0 (Trong đó ∆t n = t 0 – t n ) VI./ Sự chuyển thể của các chất: 1) Sự nóng chảy và sự đông đặc : a) Tính chất: - Sự chuyển một chất từ thể rắn sang thể lỏng gọi là sự nóng chảy. - Sự chuyển một chất từ thể lỏng sang thể rắn gọi là sự đông đặc. - Một chất bắt đầu nóng chảy ở nhiệt độ nào thì cũng bắt đầu đông đặc ở nhiệt độ đó. Trong suốt thời gian nóng chảy (hay đông đặc) nhiệt độ của vật không thay đổi. - Mỗi chất nóng chảy (hay đông đặc) ở một nhiệt độ nhất định. Nhiệt độ này gọi là nhiệt độ nóng chảy (hay nhiệt độ đông đặc) của chất ấy. Ví dụ: Với nước là 0 0 C; với băng phiến là 80 0 C b) Nhiệt nóng chảy: Nhiệt lượng cần thiết cho 1kg chất rắn chuyển từ thể rắn sang thể lỏng ở nhiệt độ nóng chảy gọi là nhiệt nóng chảy của chất đó. Ký hiệu: λ (lăm-đa) Đơn vị: J/kg Ví dụ: Nói nhiệt nóng chảy của nước đá là λ = 3,4 × 10 5 J/kg Nghĩa là: muốn cho 1kg nước đá ở 0 0 C hoá lỏng hết thì cần một nhiệt lượng là 3,4 × 10 5 J c) Công thức: Q = m.λ Q: nhiệt lượng cần thiết (J) m: khối lượng của vật (kg) λ: nhiệt nóng chảy của chất làm vật (J/kg) Chú ý: Nhiệt lượng vật toả ra khi đông đặc đúng bằng nhiệt lượng vật đó thu vào khi nóng chảy. Như vậy công thức Q = m.λ vẫn dùng được khi vật đông đặc, lúc này λ được gọi là nhiệt đông đặc. 2) Sự hoá hơi và sự ngưng tụ: a) Tính chất: Tài liệu bồi dưỡng vật lí 8 2 - Sự chuyển một chất từ thể lỏng sang thể hơi gọi là sự hoá hơi. - Sự chuyển một chất từ thể hơi sang thể lỏng gọi là sự ngưng tụ. - Sự bay hơi là sự hoá hơi chỉ xảy ra trên mặt thoáng chất lỏng. Tốc độ bay hơi của chất lỏng phụ thuộc vào: + Nhiệt độ của chất lỏng: nhiệt độ càng cao, tốc độ bay hơi càng nhanh. + Diện tích mặt thoáng: diện tích càng rộng, tốc độ bay hơi càng nhanh. + Gió trên mặt thoáng: gió càng nhiều, tốc độ bay hơi càng nhanh. + Bản chất của chất lỏng: rượu bay hơi nhanh hơn nước, nước bay hơi nhanh hơn dầu. - Sự sôi là sự hoá hơi xảy ra cả trên mặt thoáng và trong lòng chất lỏng. + Mỗi chất lỏng sôi ở một nhiệt độ nhất định. Nhiệt độ này gọi là nhiệt độ sôi hay điểm sôi. + Trong suốt thời gian sôi, nhiệt độ của chất lỏng không thay đổi. + Nhiệt độ sôi phụ thuộc áp suất trên mặt thoáng chất lỏng: áp suất tăng thì nhiệt độ sôi tăng; áp suất giảm thì nhiệt độ sôi giảm. Ví dụ: Ở áp suất thường (1atm), nhiệt độ sôi của nước là 100 0 C; nếu áp suất 10 atm thì nhiệt độ sôi của nước 180 0 C; nếu áp suất 0,1 atm thì nước sôi ở 50 0 C. b) Nhiệt hoá hơi: Nhiệt lượng cần thiết cho 1kg chất chuyển từ thể lỏng sang thể hơi ở nhiệt độ sôi gọi là nhiệt hoá hơi của chất đó. Ký hiệu: L Đơn vị: J/kg Ví dụ: Nói nhiệt hoá hơi của nước là L = 2,3 × 10 6 J/kg nghĩa là: Muốn cho 1kg nước ở 100 0 C hoá hơi hoàn toàn cần cung cấp một nhiệt lượng là 2,3 × 10 6 J c) Công thức: Q = m.L Trong đó: Q: Nhiệt lượng (J); m: khối lượng (kg) ; L: Nhiệt hoá hơi(J/kg) Chú ý: Nhiệt lượng vật toả ra khi ngưng tụ đúng bằng nhiệt lượng vật đó thu vào khi hoá hơi. Như vậy công thức Q = m.L vẫn dùng được khi vật ngưng tụ, lúc này L được gọi là nhiệt ngưng tụ. VII./ Năng suất toả nhiệt: 1) Định nghĩa: Nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu gọi là năng suất toả nhiệt của nhiên liệu đó. - Ký hiệu: q Đơn vị: J/kg Ví dụ: Nói năng suất toả nhiệt của xăng là q = 4,6 × 10 7 J/kg nghĩa là: Đốt cháy hết 1kg xăng thì toả ra một nhiệt lượng là 4,6 × 10 7 J 2) Công thức: Q = m.q Trong đó: Q: nhiệt lượng toả ra (J) m: khối lượng nhiên liệu (kg) q: năng suất toả nhiệt của nhiên liệu đó (J/kg) VIII./ Hiệu suất của động cơ nhiệt: Năng lượng (công) có ích H = × 100% Năng lượng toàn phần do nhiên liệu toả ra Tài liệu bồi dưỡng vật lí 8 3 BÀI TẬP CƠ BẢN VÀ NĂNG CAO 1) Người ta truyền nhiệt lượng cho một cục ngước đá có nhiệt độ ban đầu -5 0 C cho đến khi hóa hơi hoàn toàn. Vẽ đồ thị biểu diễn các quá trình . 2) Người ta thả một thỏi đồng nặng 0,4kg ở nhiệt độ 80 0 C vào 0,25kg nước ở nhiệt độ 18 0 C. Hãy xác định nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt. Cho: C đồng = 400 J/kg.K; C nước = 4200 J/kg.K (ĐS: 26,2 0 C) 3) Trộn lẫn rượu vào nước người ta thu được một hỗn hợp nặng 140g ở nhiệt độ 36 0 C. Tính khối lượng nước và khối lượng rượu đã pha. Biết rằng ban đầu rượu; nước có nhiệt độ lần lượt: t 1 = 19 0 C; t 2 = 100 0 C. Nhiệt dung riêng của rươu; nước là: C 1 = 2500J/kg.K; C 2 = 4200J/kg.K (ĐS: 19,18g; 120,82g) 4) Một nhiệt lượng kế khối lượng m 1 = 100g chứa một lượng m 2 = 500g nước ở cùng nhiệt độ t 1 = 15 0 C. Người ta thả vào đó m = 150g hỗn hợp bột nhôm và thiếc đã được nung nóng tới t 2 = 100 0 C. Khi có cân bằng nhiệt, nhiệt độ là t = 17 0 C. Tính khối lượng m 3 của nhôm và m 4 của thiếc có trong hỗn hợp. Nhiệt dung riêng của: nhiệt lượng kế; nước, nhôm và của thiếc lần lượt: C 1 = 460J/kg.K; C 2 = 4200J/kg.K; C 3 = 900J/kg.K; C 4 = 230J/kg.K. (ĐS: 25g; 125g) 5) Một hệ gồm n vật trao đổi nhiệt với nhau, khối lượng mỗi vật lần lượt m 1 ; m 2 ; .; m n ở nhiệt độ ban đầu t 1 ; t 2 ; .; t n làm bằng các chất có nhiệt dung riêng C 1 ; C 2 ; .; C n . Tính nhiệt độ của hệ khi có cân bằng nhiệt. ĐS: m 1 C 1 t 1 + m 2 C 2 t 2 + . + m n C n t n m 1 C 1 + m 2 C 2 + . + m n C n 6) Người ta thả đồng thời 200g sắt ở 15 0 C và 450g đồng ở 25 0 C vào 150g nước ở 80 0 C. Tính nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt. Cho nhiệt dung riêng của sắt; đồng; nước: 460J/kg.K; 400J/kg.K; 4200J/kg.K (ĐS:62,4 0 C) 7) Hai bình nước giống nhau, chứa hai lượng nước như nhau. Bình thư nhất có nhiệt độ t 1 , bình thứ hai có nhiệt độ t 2 = 3t 1 /2 . Sau khi trộn lẫn vào nhau nhiệt độ cân bằng là 25 0 C. Tìm các nhiệt độ ban đầu của mỗi bình. (ĐS: 20 0 C; 30 0 C) 8) Có hai bình cách nhiệt. Bình 1 chứa m 1 = 2kg nước ở t 1 = 40 0 C. Bình 2 chứa m 2 = 1kg nước ở t 2 = 20 0 C. Trút từ bình 1 sang bình 2 một lượng nước m (kg), khi bình 2 nhiệt độ đã ổn định lại trút một lượng nước như vậy từ bình 2 sang bình 1. Nhiệt độ cân bằng ở bình 1 lúc này là t’ 1 = 38 0 C. Tính khối lượng nước m đã trút ở mỗi lần và nhiệt độ cân bằng t’ 2 ở bình 2. (ĐS: 0,25kg; 24 0 C) 9) Người ta đổ m 1 (kg) nước ở nhiệt độ t 1 = 60 0 C vào m 2 (kg) nước đá ở nhiệt độ t 2 = -5 0 C. Khi có cân bằng nhiệt, lượng nước thu được là m = 50kg ở nhiệt độ t = 25 0 C. Tính m 1 ; m 2 . Biết: NDR của nước; nước đá: C 1 = 4200J/kg.K; C 2 = 2100J/kg/K. Nhiệt nóng chảy của nước đá λ = 3,4 . 10 5 J/kg (ĐS: 37,8kg; 12,2kg) Tài liệu bồi dưỡng vật lí 8 4 10) Người ta dẫn 0,2kg hơi nước ở t 1 = 100 0 C vào một bình chứa 1,5kg nước ở t 2 = 15 0 C. Tính nhiệt độ chung và khối lượng nước trong bình khi có cân bằng nhiệt. Biết NDR và nhiệt hoá hơi của nước là: C = 4200J/kg.K; L = 2,3 . 10 6 J/kg (ĐS: 89,4 0 C; 1,7kg) 11) Thả một cục đá lạnh khối lượng m 1 = 900g vào m 2 = 1,5kg nước ở t 2 = 6 0 C. Khi có cân bằng nhiệt, lượng nước chỉ còn lại 1,47kg. Xác định nhiệt độ ban đầu của nước đá. Cho nhiệt dung riêng của nước đá; nước là: C 1 = 2100J/kg.K; C 2 = 4200J/kg.K Nhiệt nóng chảy của nước đá λ = 3,4.10 5 J/kg (ĐS: -25,4 0 C) 12) Người ta trộn m 1 = 500g nước đá, m 2 = 500g nước cùng nhiệt độ t 1 = 0 0 C vào một xô nước ở nhiệt độ 50 0 C. Khối lượng tổng cọng của chúng là m = 2kg. Tính nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt. Cho nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K. Nhiệt nóng chảy của nước đá λ = 3,4.10 5 J/kg (ĐS: 4,76 0 C) 13) Người ta dẫn m 1 = 0,4kg hơi nước ở t 1 = 100 0 C từ một lò hơi vào một bình chứa m 2 = 0,8kg nước đá ở 0 0 C. Hỏi khi có cân bằng nhiệt, khối lượng và nhiệt độ của nước trong bình là bao nhiêu? Biết nhiệt hoá hơi của nước: L = 2,3 . 10 6 J/kg, nhiệt nóng chảy của nước đá: λ = 3,4.10 5 J/kg (ĐS: 1,06kg; 100 0 C) 14) Một người thợ rèn tôi một cái rìu bằng thép khối lượng m 1 = 8kg bằng cách nung nóng đến t 1 = 400 0 C rồi thả vào một xô chứa m 2 = 4kg nước ở t 2 = 40 0 C. Tính khối lượng và nhiệt độ của nước trong xô khi có cân bằng nhiệt. Nhiệt dung riêng của thép C 1 = 460 J/kg.K; của nước C 2 = 4200J/kg.K; nhiệt hoá hơi của nước L = 2,3 . 10 6 J/kg (ĐS: 3,958kg; 100 0 C) 15) Trong một bình đậy kín có một cục nước đá mà trong đá có chứa một viên chì (khối lượng đá M = 100g, khối lượng chì m = 5g) nổi trên mặt nước. Hỏi phải tốn một lượng nhiệt bằng bao nhiêu để cục đá (có viên chì bên trong) bắt đầu chìm xuống nước? Biết KLR của chì D chì = 11,3g/cm 3 ; của nước D n = 1g/cm 3 ; của nước đá D đá = 0,9g/cm 3 ; nhiệt nóng chảy của nước đá λ = 3,4.10 5 J/kg; nhiệt độ nước trong bình 0 0 C. (ĐS: 20.060J) 16) Trong một bình nhiệt lượng kế có chứa nước đá nhiệt độ t 1 = -5 0 C. Người ta đổ vào bình m = 0,5kg nước ở t 2 = 80 0 C. Sau khi cân bằng nhiệt, thể tích của chất chứa trong bình là V = 1,2lít. Tìm khối lượng của chất chứa trong bình. Biết KLR của nước; nước đá: D n = 1000kg/m 3 ; D đá = 900kg/m 3 . NDR của nước; nước đá: C n = 4200J/kgK; C đá = 2100J/kgK. Nhiệt nóng chảy của nước đá λ = 340000J/kg (ĐS: 1,18kg) 17) Trong một cục nước đá lớn ở 0 0 C có một cái hốc với thể tích V = 160cm 3 . Người ta rót vào hốc đó 60g nước ở 75 0 C. Hỏi khi nước nguội hẳn thì thể tích hốc rỗng còn lại bao nhiêu. Cho KLR của nước; nước đá là: D n = 1g/cm 3 ; D đ = 0,9g/cm 3 . Nhiệt nóng chảy của nước đá là λ = 3,36.10 5 J/kg (ĐS: 106,25cm 3 ) 18) Một bình cách nhiệt chứa đầy nước ở t 0 = 20 0 C. Người ta thả vào bình một hòn bi nhôm ở t = 100 0 C, sau khi cân bằng nhiệt thì nhiệt độ nước trong bình là t 1 = 30,3 0 C. Người ta lại thả hòn bi thứ hai giống hệt hòn bi trên thì nhiệt độ của nước khi cân bằng nhiệt là t 2 = 42,6 0 C. Xác định nhiệt dung riêng của nhôm. Biết KLR của nước và nhôm: Tài liệu bồi dưỡng vật lí 8 5 1000kg/m 3 và 2700kg/m 3 . Nhiệt dung riêng của nước 4200J/kgK (ĐS: 501,7J/kg.K) 19) Một bình hình trụ có chiều cao h 1 = 20cm, diện tích đáy trong là S 1 = 100cm 2 đặt trên mặt bàn nằm ngang. Đổ vào bình 1 lít nước ở nhiệt độ t 1 = 80 0 C. Sau đó thả vào bình một khối trụ đồng chất có diện tích đáy là S 2 = 60cm 2 , chiều cao h 2 = 25 cm ở nhiệt độ t 2 . Khi đã cân bằng nhiệt thì đáy dưới của khối trụ song song và cách đáy trong của bình là x = 2cm. Nhiệt độ của nước trong bình khi cân bằng nhiệt là t = 65 0 C. Bỏ qua sự nở vì nhiệt của các chất và sự trao đổi nhiệt với bình và môi trường xung quanh. Biết khối lượng riêng của nước là D = 1000kg/m 3 , nhiệt dung riêng của nước là c 1 = 4200J/kg.K, của chất làm khối trụ là c 2 = 2000J/kg.K. a/ Tính khối lượng của khối trụ và nhiệt độ t 2 . b/ Phải đặt thêm lên khối trụ một vật có khối lượng tối thiểu bằng bao nhiêu, để khối trụ chạm đáy bình. 20) Có hai bình cách nhiệt, bình A chứa 5 lít nước ở 60 0 C, bình B chứa 1 lít nước ở 20 0 C. Đầu tiên, rót một phần nước ở bình A sang bình B. Sau khi cân bằng lại rót từ bình B sang bình A một lượng nước bằng với lần rót trước. Nhiệt độ khi cân bằng của bình A là 59 0 C. Tính lượng nước đã rót từ bình này sang bình kia trong mỗi lần? 21) Có hai chiếc cốc bằng thuỷ tinh giống nhau cùng đựng 100g nước ở nhiệt độ t 1 = 100 0 C. Người ta thả vào cốc thứ nhất một miếng nhôm 500g có nhiệt độ t 2 (t 2 < t 1 ) và cốc thứ hai một miếng đồng có cùng nhiệt độ với miếng nhôm. Sau khi cân bằng nhiệt thì nhiệt độ của hai cốc bằng nhau. a) Tính khối lượng của miếng đồng. b) Trường hợp nhiệt độ ban đầu của miếng nhôm là 20 0 C và nhiệt độ khi đạt cân bằng là 70 0 C. Hãy xác định khối lượng của mỗi cốc. Cho biết nhiệt dung riêng của thuỷ tinh, nước, nhôm, đồng, lần lượt là C 1 = 840J/kg.K, C 2 = 4200J/kg.K, C 3 = 880J/kg.K, C 4 = 380J/kg.K 22) Một cái nồi bằng nhôm chứa nước ở 20 0 C, cả nước và nồi có khối lượng 3kg. Đổ thêm vào nồi 1 lít nước sôi thì nhiệt độ của nước trong nồi là 45 0 C. Hãy cho biết: phải đổ thêm bao nhiêu lít nước sôi nữa để nhiệt độ của nước trong nồi là 60 0 C. Bỏ qua sự mất mát nhiệt ra môi trường ngoài trong quá trình trao đổi nhiệt, khối lượng riêng của nước là 1000kg/m 3 . 23) Hai thanh sắt và đồng có cùng chiều dài là 2m ở 30 0 C. Hỏi chiều dài thanh nào dài hơn và dài hơn bao nhiêu khi nung nóng cả hai thanh lên 200 0 C? Biết rằng khi nung nóng lên thêm 1 0 C thì thanh sắt dài thêm 0,000018 chiều dài ban đầu, thanh đồng dài thêm 0,000012 chiều dài ban đầu. 24) Một lò sưởi giữ cho phòng ở nhiệt độ 20 0 C khi nhiệt độ ngoài trời là 5 0 C. Nếu nhiệt độ ngoài trời hạ xuống tới – 5 0 C thì phải dùng thêm một lò sưởi nữa có công suất 0,8KW mới duy trì nhiệt độ phòng như trên. Tìm công suất lò sưởi được đặt trong phòng lúc đầu? Tài liệu bồi dưỡng vật lí 8 6 . NHIỆT HỌC I./ Nhiệt độ - Nhiệt kế - Nhiệt giai: 1) Nhiệt độ: Nhiệt độ của vât càng cao thì các nguyên tử,. 2) Nhiệt kế: - Là dụng cụ dùng để đo nhiệt độ. - Có nhiều loại: nhiệt kế y tế; nhiệt kế thuỷ ngân; nhiệt kế rượu (hay dầu) 3) Nhiệt giai: Có nhiều loại nhiệt