Bài 25: Phương trình cân bằng nhiệt (Vật lý 8 học kì 2)

Trong bài viết này, HOCMAI muốn gửi tới các em học sinh khối 8 bài Bài 25: Phương trình cân bằng nhiệt nằm trong chương trình Vật lý 8. Bài soạn chứa đầy đủ những kiến thức, lý thuyết, bài tập (kèm đáp án và cách giải chi tiết) của bài học này. Các em học sinh tham khảo nhé!

Bài viết tham khảo thêm:

• Bài 22: Dẫn nhiệt
• Bài 23: Đối lưu – Bức xạ nhiệt
• Bài 24: Công thức tính nhiệt lượng

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT VẬT LÝ 8 BÀI 25: PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT

I – Nguyên lý truyền nhiệt là gì?

Khi có hai sự vật truyền nhiệt (trao đổi nhiệt) cho nhau thì:

– Nhiệt được truyền từ sự vật có nhiệt độ cao hơn sang sự vật có nhiệt độ thấp hơn.

– Sự truyền nhiệt diễn ra cho đến khi nhiệt độ của hai sự vật cân bằng với nhau thì ngưng lại.

– Nhiệt lượng của sự vật này toả ra bằng với nhiệt lượng của sự vật kia thu vào.

II – Phương trình cân bằng nhiệt là gì?

Trong đó:

+ Qtỏa ra: tổng nhiệt lượng của những vật tỏa ra

+ Qthu vào: tổng nhiệt lượng của những vật thu vào

Trong đó: Qthu vào = m.c. Δ t

Δt: độ tăng nhiệt độ

Δt = t2 – t1 (t2 > t1)

Qtỏa = m’.c’. Δ t’

Δ t’: độ giảm nhiệt độ

Δ t’ = t1’ – t2’ (t1’ > t2’)

Hình 2.1. Mô tả sự trao đổi nhiệt giữa hai sự vật

B. GIẢI BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 8 BÀI 25: PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT

Bài C1 (trang 89 | SGK Vật Lý 8):

a)Hãy sử dụng phương trình cân bằng nhiệt để có thể tính nhiệt độ của hỗn hợp bao gồm 200g nước đang sôi đổ vào trong 300g nước ở nhiệt độ phòng.

b)Thực hành thí nghiệm để kiểm tra phần giá trị của nhiệt độ tìm được. Giải thích tại sao nhiệt độ tìm được lại không bằng nhiệt độ đo được?

Lời giải:

a) Nước sôi có nhiệt độ là: t1 = 100°C

Giả sử nhiệt độ ở trong phòng là t2 = 25°C.

Gọi t (°C) là nhiệt độ hỗn hợp khi xảy ra cân bằng nhiệt.

– Nhiệt lượng của 200g = 0,2kg nước đang sôi đã toả ra khi giảm nhiệt độ từ 100°C xuống t (°C) là : 

Q1 = m1.c.(t1 – t) = 0,2.c.(100 – t) 

– Nhiệt lượng của 300g = 0,3kg nước đã thu vào khi tăng nhiệt độ từ 25°C lên t (°C) là :

Q2 = m2.c.(t – t2) = 0,3.c.(t – 25) 

– Phương trình cân bằng nhiệt:

b) Nhiệt độ đã tính được không bằng với nhiệt độ đo được là bởi vì trong thực tế có sự mất đi thêm bao nhiêu độ.

Bài C2 (trang 89 | SGK Vật Lý 8):

Người ta thả một mẩu kim loại đồng khối lượng 0,5kg vào trong 500g nước. Mẩu đồng nguội đi từ 80°C giảm xuống 20°C. Hỏi nước đã nhận được một nhiệt lượng bằng bao nhiêu và đã nóng lên thêm bao nhiêu độ.

Lời giải:

Nhiệt lượng mà nước nhận được bằng đúng với nhiệt lượng do miếng đồng đó tỏa ra là:

Q2 = Q1 = m1.c1.(t1 – t) = 0,5.380.(80 – 20) = 11400 J

Độ tăng nhiệt độ của nước:

Bài C3 (trang 89 | SGK Vật Lý 8):

Để xác định được nhiệt dung riêng của một chất kim loại, người ta bỏ vào một nhiệt lượng kế chứa 500g nước đang ở nhiệt độ 13°C, và một miếng kim loại có khối lượng bằng 400g được nung nóng lên tới 100°C. Nhiệt độ khi đã cân bằng nhiệt là 20°C. Hãy tính nhiệt dung riêng của kim loại. Bỏ qua phần nhiệt lượng làm nóng không khí và nhiệt lượng kế. Lấy nhiệt dung riêng của nước bằng 4190 J/kg.K.

Lời giải:

Nhiệt lượng mà kim loại tỏa ra: Q1 = m1.c1.(t1 – t)

Nhiệt lượng mà nước thu vào: Q2 = m2.c2.(t – t2)

Phương trình cân bằng nhiệt bằng: Q1 = Q2 hay m1.c1.(t1 – t) = m2.c2.(t – t2)

Nhiệt dung riêng của kim loại bằng:

C. GIẢI SÁCH BÀI TẬP VẬT LÝ 8 BÀI 25: PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT

Bài 25.1 (trang 67 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Người ta đã thả ba miếng chì, nhôm, đồng có cùng một khối lượng vào trong một cốc nước nóng. Em hãy so sánh nhiệt độ cuối cùng của cả ba miếng kim loại trên.

A)Nhiệt độ của cả ba miếng là bằng nhau.

B)Nhiệt độ của miếng nhôm là cao nhất, rồi tới miếng đồng, miếng chì.

C)Nhiệt độ của miếng chì là cao nhất, rồi tới miếng đồng, miếng nhôm.

D)Nhiệt độ của miếng đồng là cao nhất, rồi tới miếng nhôm, miếng chì.

Lời giải:

Chọn A

Bài 25.2 (trang 67 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Người ta đã thả ba miếng chì, nhôm, đồng có cùng một khối lượng và cùng được đun nóng lên đến 100°C vào trong một cốc nước lạnh. Em hãy so sánh nhiệt lượng do ba miếng kim loại trên truyền vào nước.

A)Nhiệt lượng của cả ba miếng truyền cho nước là bằng nhau.

B)Nhiệt lượng của miếng nhôm truyền vào nước là lớn nhất, rồi tới miếng đồng,miếng chì.

C)Nhiệt lượng của miếng chì truyền vào nước là lớn nhất, rồi tới miếng đồng, miếng nhôm.

D)Nhiệt lượng của miếng đồng truyền vào nước là lớn nhất, rồi tới miếng nhôm, miếng chì.

Lời giải:

Chọn B

Bài 25.3 (trang 67 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Một học sinh đã thả 300g chì có nhiệt độ 100°C vào trong 250g nước có nhiệt độ 58,5°C khiến cho nước nóng lên tới 60°C.

a)Hỏi nhiệt độ của miếng kim loại chì ngay khi cân bằng nhiệt?

b)Tính nhiệt lượng mà nước đã thu vào.

c)Tính nhiệt dung riêng của kim loại chì.

d)So sánh nhiệt dung riêng của chì tìm được với nhiệt dung riêng của chì tra ở trong bảng và giải thích tại sao lại có sự chênh lệch. Lấy nhiệt dung riêng của nước bằng 4190 J/kg.K

Lời giải:

a) Nhiệt độ cuối cùng của kim loại chì bằng nhiệt độ cuối của nước:

Qtỏa = Qthu

m1.c1.(100 – tcân bằng) = m2.c2.(tcân bằng – 58,5)

⇒ tcân bằng = 60o

b) Nhiệt lượng mà nước thu vào là:

Q2 = m2.c2.(t – t2) = 0,25.4190.(60 – 58,5) = 1571,25J

c) Nhiệt lượng trên là do chì đã tỏa ra, do đó ta có thể tính được nhiệt dung riêng của kim loại chì là:

d) Chỉ gần bằng thôi. Có sự chênh lệch này bởi vì xảy ra sự thất thoát nhiệt do đã truyền nhiệt cho môi trường xung quanh.

Bài 25.4 (trang 67 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Một nhiệt lượng kế chứa bên trong 2 lít nước ở nhiệt độ là 15°C. Hỏi nước sẽ nóng lên tới bao nhiêu độ nếu bỏ vào trong nhiệt lượng kế một quả cầu chất liệu đồng thau có khối lượng 500g được đun nóng lên đến 100°C.

Lấy nhiệt dung riêng của miếng đồng thau bằng 368 J/kg.K, của nước bằng 4186 J/kg.K. Bỏ qua nhiệt lượng được truyền cho nhiệt lượng kế và ra môi trường bên ngoài.

Lời giải:

Nhiệt lượng của quả cầu đồng tỏa ra là:

Q2 = m2.c2.(t2 – t) = 0,5.368.(100 – t)

Nhiệt lượng mà nước đã thu vào là:

Q1 = m1.c1.(t – t1) = 2.4186.(t – 15)

Vì nhiệt lượng tỏa ra luôn bằng với nhiệt lượng thu vào, vậy nên:

Qthu = Qtỏa ↔ Q2 = Q1

↔ 0,5.368.(100 – t) = 2.4186.(t – 15)

Suy ra t = 16,83°C

Bài 25.5 (trang 67 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Người ta đã thả một miếng đồng có khối lượng 600g ở nhiệt độ 100°C vào trong 2,5kg nước. Nhiệt độ khi xảy ra sự cân bằng nhiệt là 30°C. Hỏi nước đã nóng lên thêm bao nhiêu độ, nếu bỏ qua sự trao đổi nhiệt với bình đựng nước và với môi trường bên ngoài?

Lời giải:

Nhiệt lượng miếng đồng đã tỏa ra là:

Q1 = m1.c1.(t1 – t) = 380.0,6.(100 – 30)

Nhiệt lượng mà nước đã thu vào là:

Q2 = m2.c2.(t – t2) = 2,5.4200.(t – t2)

Vì nhiệt lượng tỏa ra luôn bằng với nhiệt lượng thu vào, vậy nên:

Qthu = Qtỏa ↔ Q2 = Q1

↔ 380.0,6.(100 – 30) = 2,5.4200.(t – t2)

Suy ra Δt = t – t2 = 1, 52°C

Bài 25.6 (trang 68 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Đổ 738 g nước có nhiệt độ 15°C vào trong một nhiệt lượng kế chất liệu đồng có khối lượng 100g, rồi thả vào trong đó một miếng đồng có khối lượng bằng 200g ở nhiệt độ là 100°C. Nhiệt độ khi bắt đầu xảy ra cân bằng nhiệt là 17°C. Tính nhiệt dung riêng của miếng đồng, lấy nhiệt dung riêng của nước bằng 4186 J/kg.K

Lời giải:

Ban đầu nước ở trong nhiệt lượng kế nên nhiệt lượng kế và nước cùng có nhiệt độ ban đầu bằng t1 = 15°C. Nhiệt lượng mà nước và nhiệt lượng kế đã thu vào là:

Qthu = Q1 + Q3 = m1.c1.(tcb – t1) + m3.c3.(tcb – t)

= 0,738.4186.(17 – 15) + 0,1.c2.(17 – 15)

Nhiệt lượng mà miếng đồng tỏa ra bằng:

Qtỏa = m2.c2.(t2 – t) = 0,2.c2.(100 – 17)

Vì nhiệt lượng tỏa ra bằng với nhiệt lượng thu vào, vậy nên: Qthu = Qtỏa

0,738.4186.(17 – 15) + 0,1.c2.(17 – 15) = 0,2.c2.(100 – 17)

Giải phương trình ta có: c2 = 376,74J/kg.K

Bài 25.7 (trang 68 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Muốn có được 100 lít nước ở nhiệt độ 35°C thì cần phải đổ bao nhiêu lít nước đang sôi vào trong bao nhiêu lít nước ở nhiệt độ 15°C. Lấy nhiệt dung riêng của nước bằng 4190 J/kg.K.

Lời giải:

Gọi m1 là khối lượng nước ở nhiệt độ 15°C và m2 là khối lượng nước lúc đang sôi.

Bài 25.8 (trang 68 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Thả một miếng kim loại nhôm được đun nóng vào trong nước lạnh. Câu mô tả nào dưới đây trái ngược với nguyên lí truyền nhiệt?

A)Nhôm truyền nhiệt tới nước cho đến khi nhiệt độ của nhôm và nước bằng với nhau.

B)Nhiệt năng của miếng nhôm giảm đi bao nhiêu thì nhiệt năng của nước cũng tăng lên bấy nhiêu.

C)Nhiệt độ của miếng nhôm giảm đi bao nhiêu thì nhiệt độ của nước cũng tăng lên bấy nhiêu.

D)Nhiệt lượng do miếng nhôm tỏa ra bằng với nhiệt lượng mà nước thu vào.

Lời giải:

Chọn C

Bài 25.9 (trang 68 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Câu nào ở dưới đây nói về điều kiện truyền nhiệt giữa hai sự vật là đúng?

A)Nhiệt không thể được truyền từ sự vật có nhiệt năng nhỏ sang sự vật có nhiệt năng lớn hơn.

B)Nhiệt không thể truyền giữa hai sự vật có nhiệt năng bằng với nhau.

C)Nhiệt chỉ có thể được truyền từ sự vật có nhiệt năng lớn hơn sang sự vật có nhiệt năng nhỏ hơn.

D)Nhiệt không thể tự truyền được từ sự vật có nhiệt độ thấp sang một sự vật có nhiệt độ cao hơn.

Lời giải:

Chọn D

Bài 25.10 (trang 69 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Hai vật một và hai có khối lượng bằng: m1 = 2.m2 truyền nhiệt cho nhau. Khi xảy ra cân bằng nhiệt thì nhiệt độ của hai sự vật thay đổi một lượng bằng Δt2 = 2.Δt1. Hãy so sánh phần nhiệt dung riêng của những chất cấu tạo nên sự vật.

A)c1 = 2.c2

B)c1 = 1/2 .c2

C)c1 = c2

D)Chưa thể xác định được bởi vì chưa biết t1 > t2 hay t1 < t2

Lời giải:

Chọn C

Bài 25.11 (trang 69 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Hai quả cầu bằng kim loại đồng có cùng khối lượng, được nung nóng lên đến cùng một nhiệt độ. Thả quả đầu tiên vào trong nước có nhiệt dung riêng bằng 4200 J/kg.K, thả quả thứ hai vào trong dầu có nhiệt dung riêng bằng 2100 J/kg.K. Dầu và nước có cùng khối lượng và nhiệt độ ban đầu.

Gọi Qn là nhiệt lượng mà nước nhận được, Qd là nhiệt lượng mà dầu nhận được. Khi nước và dầu nóng lên cùng một nhiệt độ thì:

A)Qn = Qd

B)Qn = 2.Qd

C)Qn = 1/2 .Qd

D)Chưa xác định được bởi vì chưa biết được nhiệt độ ban đầu của hai quả cầu.

Lời giải:

Chọn D

Bài 25.12 (trang 69 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Dựa theo nội dung cho dưới đây để trả lời hai câu hỏi 25.13 và 25.14.

Đổ một loại chất lỏng có nhiệt dung c1, nhiệt độ t1 và khối lượng m1 vào trong một chất lỏng có khối lượng là m2 = 2.m1, nhiệt dung riêng c2 = 1/2 .c1 và nhiệt độ t2 > t1

Nếu bỏ qua sự trao đổi nhiệt ở giữa hai loại chất lỏng với môi trường (không khí, cốc đựng,…) thì xảy ra cân bằng nhiệt, nhiệt độ t của hai chất lỏng trên có giá trị bằng:

Lời giải:

Chọn B

Bài 25.13 (trang 69 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Nếu không bỏ qua sự trao đổi nhiệt ở giữa hai loại chất lỏng với môi trường (không khí, cốc đựng…) thì khi xảy ra cân bằng nhiệt, nhiệt độ t của hai loại chất lỏng trên có giá trị bằng:

Lời giải:

Chọn B

Bài 25.14 (trang 70 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Một chiếc thìa chất liệu đồng và một chiếc thìa chất liệu nhôm có khối lượng và nhiệt độ ban đầu bằng với nhau, được nhúng chìm vào trong cùng một cốc đựng nước nóng. Hỏi:

a) Nhiệt độ cuối cùng của hai cái thìa có bằng với nhau hay không? Tại sao?

b) Nhiệt lượng mà hai cái thìa thu được từ nước có bằng với nhau hay không? Tại sao?

Lời giải:

a) Nhiệt độ cuối cùng là nhiệt độ khi xảy ra cân bằng nhiệt. Do đó nhiệt độ cuối cùng của hai cái thìa là bằng nhau.

b) Nhiệt lượng hai cái thìa thu được từ nước không bằng với nhau, vì độ tăng của nhiệt độ của hai chiếc thìa giống nhau nhưng nhiệt dung riêng của kim loại đồng và kim loại nhôm là khác nhau.

Bài 25.15 (trang 70 | Sách bài tập Vật Lí 8)

 Người ta muốn có được 16 lít nước ở nhiệt độ 40°C. Hỏi cần phải pha bao nhiêu lít nước đang sôi với bao nhiêu lít nước ở nhiệt độ 20°C?

Lời giải:

Nhiệt lượng mà nước lạnh thu vào bằng: Q1 = m1.c1.(40 – 20)

Nhiệt lượng mà nước nóng tỏa ra bằng: Q2 = m2.c2.(100 – 40)

Do Q1 = Q2 và c1 = c2 = cnước ⇔ 20.m1 = 60.m2 (1)

Mặt khác: m1 + m2 = 16kg (2)

Từ (1) ta rút m2 = m1/3, thay vào (2) thì ta được m1 = 12kg. Suy ra m2 = 4kg

Vì 1 lít nước tương ứng với 1kg nước nên V1 = 12 lít và V2 = 4 lít.

Vậy phải pha 12 lít nước ở nhiệt độ 20°C với 4 lít ở nhiệt độ 100°C.

D. BÀI TẬP ÔN TẬP VẬT LÝ 8 BÀI 25: PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT

Vậy là các em học sinh khối 8 thân yêu đã cùng với HOCMAI soạn xong Bài 25: Phương trình cân bằng nhiệt. Kiến thức thật thú vị và bổ ích phải không các em. Các em có thể tham khảo thêm thật nhiều bài học bổ ích nữa tại website hoctot.hocmai.vn.