NHIỆT TRUYỀN: CÔNG THỨC, CÁCH TÍNH VÀ GIẢI BÀI TẬP - VẬT LÝ - 2025

Các nhiệt chuyển giao là việc chuyển giao năng lượng giữa hai cơ quan ở nhiệt độ khác nhau. Vật có nhiệt độ cao hơn nhường nhiệt cho vật có nhiệt độ thấp hơn. Cho dù một cơ thể tỏa ra hay hấp thụ nhiệt, nhiệt độ hoặc trạng thái vật lý của nó có thể thay đổi tùy thuộc vào khối lượng và đặc tính của vật liệu mà nó được tạo ra.

Một ví dụ điển hình là trong một tách cà phê bốc khói. Chiếc thìa kim loại dùng để khuấy đường sẽ nóng lên. Nếu nó được để trong tách đủ lâu, cà phê và thìa kim loại sẽ cân bằng nhiệt độ của chúng: cà phê sẽ nguội và thìa sẽ tỏa nhiệt. Một số nhiệt sẽ truyền vào môi trường do hệ thống không được cách nhiệt.

Cà phê và thìa sẽ ở trạng thái cân bằng nhiệt sau một thời gian. Nguồn: Pixabay.

Khi nhiệt độ trở nên bằng nhau, cân bằng nhiệt đã đạt được.

Nếu bạn đã thực hiện thử nghiệm tương tự với một thìa cà phê nhựa, chắc chắn bạn sẽ nhận thấy rằng nó không nóng lên nhanh như kim loại, nhưng cuối cùng nó cũng sẽ cân bằng với cà phê và mọi thứ xung quanh nó.

Điều này là do kim loại dẫn nhiệt tốt hơn nhựa. Mặt khác, chắc chắn cà phê tạo ra nhiệt ở một tốc độ khác với sô cô la nóng hoặc đồ uống khác. Vì vậy nhiệt lượng do mỗi vật tỏa ra hay hấp thụ phụ thuộc vào vật liệu hay chất đó được làm bằng chất gì.

Nó bao gồm những gì và công thức

Nhiệt luôn đề cập đến dòng chảy hoặc sự truyền năng lượng giữa vật thể này với vật thể khác, do sự khác biệt về nhiệt độ.

Đó là lý do tại sao chúng ta nói đến nhiệt truyền hoặc nhiệt hấp thụ, vì bằng cách thêm hoặc trích nhiệt hoặc năng lượng theo một cách nào đó, có thể thay đổi nhiệt độ của một phần tử.

Nhiệt lượng mà vật nóng nhất toả ra thường gọi là nhiệt lượng Q. Giá trị này tỉ lệ với khối lượng của vật đó. Vật có khối lượng lớn có khả năng toả nhiệt nhiều hơn vật có khối lượng nhỏ hơn.

Nhiệt độ khác nhau

Một yếu tố quan trọng khác trong tính toán truyền nhiệt là sự khác biệt về nhiệt độ mà đối tượng truyền nhiệt. Nó được ký hiệu là Δ T và được tính như sau:

Cuối cùng, nhiệt lượng truyền ra còn phụ thuộc vào bản chất và đặc điểm của vật, được tổng hợp về mặt định lượng trong một hằng số gọi là nhiệt dung riêng của vật, kí hiệu là c.

Vì vậy, cuối cùng biểu thức cho nhiệt lượng truyền là sau:

Hành động nhượng bộ được biểu thị bằng một dấu hiệu tiêu cực.

Nhiệt dung riêng và nhiệt dung của một chất

Nhiệt dung riêng là nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của 1 g chất lên 1 ºC. Nó là một thuộc tính nội tại của vật chất. Đơn vị của nó trong Hệ thống quốc tế là: Joule / kg. K (Joule giữa kilôgam x nhiệt độ tính bằng độ Kelvin).

Nhiệt dung C là một khái niệm liên kết, nhưng hơi khác, vì khối lượng của vật thể có liên quan. Nhiệt dung được xác định như sau:

Đơn vị SI của nó là Joule / K. Vì vậy, nhiệt lượng tỏa ra cũng có thể được biểu thị tương đương như sau:

Làm thế nào để tính toán nó?

Để tính nhiệt lượng do một vật truyền ra, cần biết những điều sau:

- Nhiệt dung riêng của chất toả nhiệt.

- Khối lượng của chất nói trên

- Nhiệt độ cuối cùng thu được

Giá trị nhiệt riêng của nhiều vật liệu đã được xác định bằng thực nghiệm và có sẵn trong bảng.

Nhiệt lượng

Bây giờ, nếu giá trị này không được biết, có thể lấy nó với sự trợ giúp của nhiệt kế và nước trong vật chứa cách nhiệt: nhiệt lượng kế. Sơ đồ của thiết bị này được thể hiện trong hình đi kèm với bài tập 1.

Một mẫu chất được ngâm ở nhiệt độ nhất định trong một lượng nước đã được đo trước đó. Nhiệt độ cuối cùng được đo và nhiệt dung riêng của vật liệu được xác định với các giá trị thu được.

Bằng cách so sánh kết quả với các giá trị được lập bảng, có thể biết nó là chất gì. Quy trình này được gọi là phép đo nhiệt lượng.

Cân bằng nhiệt được thực hiện bằng cách bảo toàn năng lượng:

Q _{thu được} + Q _{hấp thụ = 0}

Bài tập đã giải

Bài tập 1

Người ta cho một miếng đồng nặng 0,35kg ở nhiệt độ 150ºC vào 500 mL nước ở nhiệt độ 25ºC. Tìm:

a) Nhiệt độ cân bằng cuối cùng

b) Nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình này là bao nhiêu?

Dữ liệu

Sơ đồ của một nhiệt lượng kế cơ bản: một bình chứa nước cách nhiệt và một nhiệt kế để đo sự thay đổi của nhiệt độ. l Nguồn: Tiến sĩ Tilahun Tesfaye

Giải pháp

a) Đồng tỏa nhiệt còn nước thì hấp thụ nhiệt. Vì hệ thống được coi là đóng, chỉ có nước và mẫu can thiệp vào cân bằng nhiệt:

Mặt khác, cần tính khối lượng của 500 mL nước:

Với những dữ liệu này, khối lượng của nước được tính:

Phương trình nhiệt trong mỗi chất được nêu lên:

Cân bằng kết quả chúng tôi có:

Nó là một phương trình tuyến tính với một ẩn số, có nghiệm là:

b) Nhiệt lượng chảy ra là nhiệt lượng truyền đi hay nhiệt lượng hấp thụ:

Q _{mang lại} = - 134,75 (32,56 - 150) J = 15823 J

Q _{hấp thụ} = 2093 (32,56 - 25) J = 15823 J

Bài tập 2

Một mảnh 100g đồng được làm nóng trong lò ở nhiệt độ T _o và sau đó được đặt trong một nhiệt lượng kế đồng 150 g chứa 200 g nước ở 16ºC. Nhiệt độ thức một lần trong trạng thái cân bằng là 38 º C. Khi nhiệt lượng và nội dung của nó được cân nặng, người ta phát hiện ra rằng 1,2 g nước đã bốc hơi. ban đầu nhiệt độ T là gì _o ?

Giải pháp

Bài tập này khác với bài trước, vì phải coi nhiệt lượng kế cũng hấp thụ nhiệt. Nhiệt lượng tỏa ra của miếng đồng được đầu tư vào tất cả các giá trị sau:

- Đun nóng nước trong nhiệt lượng kế (200 g)

- Đun nóng đồng làm nhiệt lượng kế (150 g)

- Làm bay hơi 1,2 gam nước (năng lượng cũng cần cho sự chuyển pha).

Như vậy:

- 38,5. (38 - T _o ) = 22397,3

Nhiệt lượng cần thiết để đưa 1,2 g nước lên đến 100ºC cũng có thể được xem xét, nhưng so với đó là một lượng khá nhỏ.

Người giới thiệu

1. Giancoli, D. 2006. Vật lý: Các nguyên tắc với ứng dụng. 6 ^ngày . Ed. Prentice Hall. 400 - 410.
2. Kirkpatrick, L. 2007. Vật lý: Cái nhìn về thế giới. 6 ^ta Viết tắt Chỉnh sửa. Học tập Cengage. 156-164.
3. Rex, A. 2011. Cơ bản của Vật lý. Lề. 309-332.
4. Sears, Zemansky. 2016. Vật lý Đại học với Vật lý hiện đại. 14 ^thứ . Ed. Tập 1. 556 - 553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. Cơ bản về Vật lý. 9 ^na Cengage Learning.