Bài 25. Phương trình cân bằng nhiệt

Theo PT cân bằng nhiệt:

\(Q_{thu}=Q_{toả}\\ \Leftrightarrow m.c.\left(t-t_1\right)=m.c.\left(t_2-t\right)\\ \Leftrightarrow35-t_1=2,5t_1-35\\ \Leftrightarrow3,5t_1=70\\ \Leftrightarrow t_1=20^oC\\ \Rightarrow t_2=2,5t_1=2,5.20=50^oC\)

a, Nhiệt độ của đồng giảm còn nhiệt độ nước tăng

b,

\(Theo.PT.cân.bằng.nhiệt:\\Q_{toả}=Q_{thu}\\ \Leftrightarrow m_{Cu}.c_{Cu}.\left(t_{Cu}-t\right)=m_{H_2O}.c_{H_2O}.\left(t-t_{nước}\right)\\ \Leftrightarrow0,4.380.\left(100-30\right)=2.4200.\left(30-t_{nước}\right)\\ \Leftrightarrow30-t_{nước}=\dfrac{0,4.390.70}{2.4200}=1,3\\ \Leftrightarrow t_{nước}=28,7^oC\)

Vậy nước nóng thêm 1,3 độ C

\(V_{H_2O}=2,3\left(l\right)\Rightarrow m_{H_2O}=2,3\left(kg\right)\\ Q_{cần}=\left(t-t_0\right).\left(m_{Al}.c_{Al}+m_{H_2O}.c_{H_2O}\right)=\left(100-25\right).\left(0,4.880+2,3.4200\right)=750900\left(J\right)\)

\(Q_{cần}=\left(t-t_0\right).\left(m_{thép}.c_{thép}+m_{nước}.c_{nước}\right)\\ \Leftrightarrow375480=\left(100-30\right).\left(0,9.460+m_{nước}.4200\right)\\ \Leftrightarrow4200m_{nước}=\dfrac{375480}{70}-414=4950\\ m_{nước}=\dfrac{4950}{4200}\approx1,179\left(kg\right)\)

Tóm tắt:

\(m_1=2,5kg\)

\(t_1=20^oC\)

\(t_2=70^oC\)

\(c_1=880J/kg.K\)

==========

a) \(Q_1=?J\)

b) \(t_3=20^oC\)

\(t=40^oC\)

\(c_2=4200J/kg.K\)

c) \(t_1'=83^oC\)

\(m_1'=?kg\)

\(t_2'=25^oC\)

\(m_2'=?kg\)

a) Nhiệt lượng nhôm nhận được:

\(Q_1=m_1.c_1.\left(t_2-t_1\right)=2,5.880.\left(70-20\right)=110000J\)

b) Khối lượng của nước:

Theo pt cân bằng nhiệt:

\(Q_1=Q_2\)

\(\Leftrightarrow m_1.c_1.\left(t_2-t\right)=m_2.c_2.\left(t-t_3\right)\)

\(\Leftrightarrow m_2=\dfrac{m_1.c_1.\left(t_2-t\right)}{c_2.\left(t-t_3\right)}\)

\(\Leftrightarrow m_2=\dfrac{2,5.880.\left(70-40\right)}{4200.\left(40-20\right)}\approx0,8\left(kg\right)\)

c) Theo pt cân bằng nhiệt:

\(Q_1'=Q_2'\)

\(\Leftrightarrow m_1'.c_2.\left(t_1'-t\right)=m_2'.c_2.\left(t-t_2'\right)\)

\(\Leftrightarrow m_1'.\left(83-40\right)=m_2'.\left(40-25\right)\)

\(\Leftrightarrow43m_1'=15m_2'\left(k\right)\)

Mà ta có: \(m_1'+m_2'=m_{hh}\Rightarrow m_2'=m_{hh}-m_1'=0,8-m_1'\)

Thay vào k ta có:

\(43m_1'=15\left(0,8-m_1'\right)\)

\(\Leftrightarrow43m_1'=12-15m_1\)

\(\Leftrightarrow43m_1'+15m_1'=12\)

\(\Leftrightarrow58m_1'=12\)

\(\Leftrightarrow m_1'=\dfrac{12}{58}\approx0,21\left(kg\right)\)

Khối lượng nước ở 25^oC là:

\(m_2'=0,8-0,21=0,59\left(kg\right)\)

\(V=3l\Rightarrow m_2=3kg\)

Nhiệt lượng nhôm tỏa ra: 

\(Q_1=m_1.c_1.\left(t_1-t\right)=1.880.\left(90-30\right)=52800J\)

Nhiệt độ mà nước tăng lên:

Theo pt cân bằng nhiệt:

\(Q_1=Q_2\)

\(\Leftrightarrow52800=m_2.c_2.\Delta t_2\)

\(\Leftrightarrow\Delta t_2=\dfrac{52800}{m_2.c_2}\)

\(\Leftrightarrow\Delta t_2=\dfrac{52800}{3.4200}\approx4,2^oC\)

a) nhiệt độ cân bằng là:

theo ptcb nhiệt:

\(Q_1=Q_2\\ \Leftrightarrow m_1.c_1.\left(t_1-t\right)=m_2.c_2.\left(t-t_2\right)\\ \Leftrightarrow0,5.1240.\left(200-t\right)=5.4200.\left(t-30\right)\\ \Leftrightarrow124000-620t=21000t-630000\\ \Leftrightarrow t\approx35^0C\)

b) khối lượng kim loại như vậy để nhiệt độ của nước đạt được \(100^0C\) là:

theo ptcb nhiệt:

\(Q_1=Q_2\\ \Leftrightarrow m_3.c_1.\left(t_1-t'\right)=m_2.c_2.\left(t'-t\right)\\ \Leftrightarrow m_3.1240.\left(200-100\right)=5.4200.\left(100-30\right)\\ \Leftrightarrow124000m_3=1470000\\ \Leftrightarrow m_3\approx12kg\)

khối kim loại như vậy để nhiệt độ của nước đạt được \(100^0C\) là:

\(12:0,5=24\left(khối\right)\)

a) nhiệt độ cân bằng là:

theo ptcb nhiệt:

\(Q_1=Q_2\\ \Leftrightarrow m_1.c_1.\left(t_1-t\right)=m_2.c_2.\left(t-t_2\right)\\ \Leftrightarrow0,5.1240.\left(100-t\right)=5.4200.\left(t-30\right)\\ \Leftrightarrow62000-620t=21000t-630000\\ \Leftrightarrow t\approx32^0C\)

nhiệt dung riêng của chì là:

theo ptcb nhiệt:

\(Q_1=Q_2\\ \Leftrightarrow m_1.c_1.\left(t_1-t\right)m_2.c_2.\left(t-t_2\right)\\ \Leftrightarrow0,3.c_1.\left(100-60\right)=0,25.4190.\left(60-58,5\right)\\ \Leftrightarrow12c_1=1571,25\\ \Leftrightarrow c_1\approx131J/kg.K\)

Đề hỏi gì bạn

a.

- \(Q_{toa}=0,2\cdot380\cdot\left(100-30\right)=5320\left(J\right)\)

- \(Q_{thu}=Q_{toa}=5320\left(J\right)\) (cân bằng nhiệt)

b.

Ta có: \(5320=m\cdot4200\cdot\left(30-25\right)=21000m\)

\(\Leftrightarrow m=0,25kg\)

c.

Ta có: \(Q=Q_{toa}+Q_{thu}\)

\(\Leftrightarrow0,5\cdot880\cdot\left(130-t\right)=0,2\cdot380\cdot\left(t-30\right)+0,25\cdot4200\cdot\left(t-30\right)=76\left(t-30\right)+1064\left(t-30\right)\)

\(\Leftrightarrow57200-440t=1140t-34200\)

\(\Leftrightarrow t\approx57,8^0C\)