Bài 4. Nhiệt dung riêng, nhiệt nóng chảy riêng, nhiệt hóa hơi riêng

I. NHIỆT DUNG NHIỆT

1. Định nghĩa

Thực tiễn và thí nghiệm cho thấy rằng : Trong cùng một điều kiện như nhau, nhiệt lượng để làm nhiệt độ của một đơn vị khối lượng các chất khác nhau thay đổi một độ (1 ^oC hay 1 K) là khác nhau. Ví dụ : Trong điều kiện như nhau, để tăng thêm 1 ^oC thì 1 kg nước cần nhiều năng lượng hơn 1 kg cồn.

Nhiệt lượng \(Q\) phải cung cấp để làm thay đổi nhiệt độ của một vật có liên hệ với :

• khối lượng \(m\) (kg) của vật;
• độ thay đổi nhiệt độ \(\Delta T\) (K) muốn đạt được;
• bản chất của chất cấu tạo nên vật.

Mối liên hệ này được biểu diễn bằng hệ thức :

\(Q=mc.\Delta T\)

trong đó \(c\) là nhiệt dung riêng của chất : \(c=\dfrac{Q}{m.\Delta T}\).

Như vậy, nhiệt dung riêng của một chất là nhiệt lượng cần cung cấp để nhiệt độ của 1 kg chất đó tăng thêm 1 K. Đơn vị đo của nhiệt dung riêng là J/kg.K.

Vật làm bằng chất có nhiệt dung riêng nhỏ thì dễ nóng lên và cũng dễ nguội đi. Vì thế, nếu cùng khối lượng thì vật làm bằng đồng sẽ nóng lên nhanh hơn và cũng sẽ nguội đi nhanh hơn so với vật làm bằng nhôm.

Ví dụ

Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun nóng 15 kg nước từ 25 ^oC đến 60 ^oC . Biết nhiệt dung riêng của nước là 4180 J/kg.K

Giải

Dùng công thức

          \(Q=mc.\Delta T\)

Ta có \(\Delta T\) = (273 + 60) - (273 + 25) = 35 K

          \(Q\) = 15.4180.35 = 2,2.10⁶ JJ.

2. Xác định nhiệt dung riêng của nước

Để xác định nhiệt dung riêng của nước, có thể tiến hành thí nghiệm theo sơ đồ nguyên lí ở Hình 4.2.

II. NHIỆT NÓNG CHẢY RIÊNG

1. Định nghĩa

Đối với chất răn kết tinh khi đang nóng chảy, dù ta vẫn cung cấp nhiệt lượng nhưng nhiệt độ của vật không tăng. Nhiệt lượng truyền cho một lượng chất rắn để nóng chảy hoàn toàn được gọi là nhiệt nóng chảy của chất rắn đó. Khi so sánh nhiệt nóng chảy của các chất khác nhau, cần phải so sánh nhiệt nóng chảy tính cho một đơn vị khối lượng của chất. Người ta định nghĩa :

Nhiệt nóng chảy riêng \(\lambda\) của một chất là nhiệt lượng cần thiết để 1 kg chất đó chuyển hoàn toàn từ thể rắn sang thể lỏng ở nhiệt độ nóng chảy.

Trong hệ SI, đơn vị đo của nhiệt nóng chảy riêng là J/kg.

Như vậy, ta dễ dàng xác định nhiệt lượng cần thiết để làm nóng chảy một vật khi biết nhiệt nóng chảy riêng của chất liệu cấu tạo nên vật đó theo công thức :

\(Q=m\lambda\)

Ví dụ

Biết nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,30.10⁵ J/kg, tính nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy hoàn toàn 1,50 kg nước đá ở 0 ^oC .

Giải

Dùng công thức : \(Q=m\lambda\)

Thay số, ta được : \(Q\) = 1,50.3,30.10⁵ = 4,95.10⁵ J.

2. Xác định nhiệt nóng chảy riêng của nước đá

Để xác định nhiệt nóng chảy riêng của nước đá, có thể tiến hành thí nghiệm theo sơ đồ nguyên lí Hình 4.4.

Dòng điện làm nóng dây điện trở trong một bình nhiệt lượng kế và làm nước đá nóng chảy. Khối lượng nước đá nóng chảy được hứng vào cốc và được xác định bằng cân. Công suất điện tiêu thụ được xác định bằng oát kế. Từ các giá trị thu được sử dụng công thức \(Q=m\lambda\), ta sẽ tính được giá trị của nhiệt nóng chảy riêng \(\lambda\).

III. NHIỆT HÓA HƠI RIÊNG

Tương tự như quá trình nóng chảy, khi một chất đang hóa hơi ở nhiệt độ sôi, dù ta vẫn cung cấp nhiệt lượng  nhiệt độ của nó không tăng. Nhiệt lượng truyền cho khối chất lỏng trong quá trình soi được gọi à nhiệt hóa hơi của khối chất đó.

Nhiệt hóa hơi riêng \(L\) của một chất là nhiệt lượng cần để 1 kg chất đó chuyển hoàn toàn từ thể lỏng sang thể khí ở nhiệt độ sôi.

Trong hệ SI, đơn vị đo của nhiệt hóa hơi riêng là J/kg.

Như vậy, ta xác định được nhiệt lượng cần thiết để làm hóa hơi hoàn toàn khối lượng \(m\) của một chất là 

\(Q=mL\)

Nhiệt nóng chảy riêng và nhiệt hóa hơi riêng của một số chất được cho ở Bảng 4.4.

Ví dụ 

Sau khi đun nóng một lượng nước đến 100 , tiếp tục đun thêm một thời gian thì thấy hụt đi 0,70 kg so với ban đầu do nước đã chuyển thành hơi. Cho nhiệt hóa hơi riêng của nước là = 2,3.10⁶ J/kg, tính nhiệt lượng cần để làm hóa hơi lượng nước trên.

Giải 

Dùng công thức :

\(Q=mL\)

Thay số, ta được :

\(Q\) = 0,70.2,3.10⁶ = 1,6.10⁶ J