Lý thuyết về nhiệt lượng | Công thức tính nhiệt lượng và bài tập ví dụ

Nhiệt lượng là gì? Nhiệt lượng toàn phần là gì? Nhiệt lượng xuất hiện ở đâu và có vai trò như thế nào? Công thức tính nhiệt lượng? Tất cả những thắc mắc trên sẽ được chúng tôi giải đáp chi tiết ngay trong bài viết này. Các bạn hãy dành chút thời gian để theo dõi bài viết nhé.

Nhiệt lượng là gì?

Nhiệt lượng là một đại lượng trong vật lý được hiểu là phần nhiệt năng mà vật nhận được hoặc mất đi trong quá trình truyền nhiệt. Nhiệt lượng còn có thể gọi là nhiệt năng. Nhiệt lượng có đơn vị  là jun (ký hiệu là J).

Nhiệt lượng ký hiệu là gì? Để tiện cho quá trình nghiên cứu, tính toán và gọi tên thì người ta ký hiệu nhiệt lượng là Q để đơn giản hóa các công thức tính toán.

Nhiệt lượng của một vật thu vào để làm nóng lên sẽ bị phụ thuộc vào ba yếu tố bao gồm:

• Khối lượng của vật: Nếu khối lượng của vật càng lớn thì nhiệt lượng của vật thu vào cũng càng lớn.
• Độ tăng nhiệt độ: Sự chênh lệch nhiệt độ trước và sau càng lớn thì nhiệt lượng mà vật thu vào cũng càng lớn.
• Vật chất cấu tạo nên vật ảnh hưởng tới việc thu nhiệt lượng vào vật.

Theo nghiên cứu, phần nhiệt lượng mà vật cần thu về để phục vụ cho quá trình làm nóng lên của nó có mối liên hệ mật thiết với khối lượng của vật, nói cách khác là vật cần nhiệt lượng nhiều hay ít trong quá trình làm nóng là phụ thuộc hoàn toàn vào khối lượng của vật đó.

Ngoài ra nhiệt lượng cung cấp tới vật cũng bị ảnh hưởng bởi độ tăng nhiệt độ cũng như nhiệt dung riêng của chất liệu cấu tạo nên vật.

Nhiệt lượng có một vài đặc điểm nổi bật như sau:

• Nhiệt lượng riêng cao: Tức là phần nhiệt lượng sẽ được tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng nhiên liệu trong bơm.
• Nhiệt lượng riêng thấp: Tức là phần nhiệt lượng riêng cao loại trừ nhiệt bốc hơi của nước được giải phóng ra và tạo thành trong cả quá trình đốt cháy nhiên liệu.
• Nhiệt dung của nhiệt lượng kế là lượng nhiệt cần thiết để đốt nóng nhiệt lượng kế lên 1 độ C ở điều kiện tiêu chuẩn (còn gọi là giá trị nước ở nhiệt lượng kế).

Cách đo nhiệt lượng

Bởi theo lý thuyết nhiệt lượng là phần năng lượng vật nhận thêm hoặc mất đi trong quá trình truyền nhiệt. Do vậy, có khá nhiều thắc mắc rằng làm sao để đo được phần nhiệt lượng đã được nhận thêm hoặc mất đi? Để đi nhiệt lượng người ta đã phát minh ra vật dụng gọi là nhiệt lượng kế với vai trò đo chính xác phần năng lượng cộng thêm hoặc hao hụt của vật.

Nhiệt lượng kế là một thiết bị được sử dụng với mục đích là để đo lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy một vật mẫu đặt trong môi trường giàu khí oxi bên trong một bình kín, hoặc có thể gọi là bơm và được bao quanh bởi một lượng nước xác định.

Để đo được lượng nhiệt năng người ta sử dụng năng lượng điện để làm bắt lửa mẫu. Khi mẫu cháy nó sẽ làm lớp nước bao xung quanh bơm nóng lên. Nhờ sự chênh lệch nhiệt độ đó người thực hiện có thể đo sự thay đổi nhiệt độ của mẫu sau đó tính nhiệt trị hay năng suất tỏa nhiệt của mẫu.

Các kết sau khi tiến hành thí nghiệm thu được sẽ là cơ sở thực tiễn cho phép người tiến hành thí nghiệm rút ra được các kết luận quan trọng liên quan đến chất lượng, đặc tính sinh lý, vật lý hay hóa học của vật chất đó.

Cách đo nhiệt lượng của một vật bằng nhiệt  kế

Để đo được nhiệt lượng của một vật chất cụ thể bằng nhiệt lượng kế, bạn hãy làm theo 3 bước như sau:

• Bước 1: Cho vật có khối lượng m (kg) ở nhiệt độ t1 (độ C) biết vật có nhiệt dung riêng là C1 (J/kg.K).
• Bước 2: Khi trạng thái cân bằng nhiệt xảy ra, hãy dùng nhiệt kế để đo nhiệt độ mới của vật. Gọi nhiệt độ lúc sau của vật là t2 (độ C).
• Bước 3: Áp dụng phương trình tính nhiệt lượng để tính nhiệt lượng mà vật nhận thêm hoặc mất đi.

Công thức tính nhiệt lượng

Qua nhiều nghiên cứu và các thí nghiệm chứng minh cụ thể, ta có công thức tính nhiệt lượng của một vật được thể hiện như sau:  Q = m.C. ∆t

Trong đó:

• Q là nhiệt lượng mà vật nhận được hoặc mất đi, đơn vị tính của Q Jun (J).
• m là khối lượng của vật,  đơn vị tính của vật là kg.
• C là nhiệt dung riêng của chất làm nên vật với đơn vị tính là J/kg.K.
• ∆t = t₂ – t₁ là độ chênh lệch nhiệt độ giữa sau và trước khi có cân bằng nhiệt xảy ra. Đại lượng này có đơn vị là độ C hoặc K.
• Ngoài ra nhiệt dung riêng C của một chất sẽ cho chúng ta biết được chính xác nhiệt lượng cần thiết để làm cho 1kg chất của vật đó tăng được nêm thêm 1 độ C.

Lưu ý: Có những trường hợp nhiệt độ lúc sau (t2) bé hơn nhiệt độ của vật ban đầu (t1) nên độ chênh lệch nhiệt độ ∆t theo công thức t2 – t1 thì sẽ mang giá trị âm. Do đó nếu thay vào công thức tính nhiệt lượng Q thì Q sẽ cho ra kết quả âm.

Tuy nhiên chúng tôi sẽ lý giải điều này rằng, dấu âm trong kết quả có vai trò là thể hiện phần nhiệt lượng đó vật được nhận thêm (kết quả dương) hay vật bị hao hụt đi (kết quả âm) mà thôi. Còn về giá trị của Q thì ta lấy trị tuyệt đối của Q trong kết quả vừa tính được.

Xem thêm: Điện trở trong mạch điện ▶Quy ước, kí hiệu & phân loại chi tiết a-z

Bài tập áp dụng về công thức tính nhiệt lượng

Câu 1: Nung nóng một thanh đồng khối lượng 500 gam từ 20 độ C đến 100 độ C. Biết nhiệt dung riêng của đồng là C(Cu) = 380 J/kg.K. Tính nhiệt lượng cần thiết để nung nóng thanh đồng này.

Bài giải:

Theo công thức tính nhiệt lượng của một vật ta có: Q = m.C.(t₂ – t₁)

Thay số vào công thức ta được: Q = 0,5.380.(100 – 20) = 15200 (J)

Câu 2:  Người ta thả một miếng nhôm khối lượng 500 gam vào 500 ml nước. Miếng nhôm dần nguội đi từ 80 độ C xuống 20 độ C. Hỏi trong quá trình truyền nhiệt đó, nước sẽ nhận được một nhiệt lượng bằng bao nhiêu và sẽ nóng lên thêm bao nhiêu độ? Biết nhiệt dung riêng của nhôm là C(Al) =  880J/kg.K; C(nước) = 4200J/Kg.K.

Bài giải:

Nhiệt lượng nhôm toả ra khi hạ nhiệt độ từ 80 độ C xuống 20 độ C là :

Q₁ = m₁.C₁.Δt₁ = 0,5.880.(80 – 20) = 22000 (J)

Theo phương trình cân bằng nhiệt thì khi truyền nhiệt nhiệt lượng tỏa ra sẽ bằng nhiệt lượng thu vào. Do đó nhiệt lượng của miếng nhôm tỏa ra chính bằng nhiệt lượng của nước thu vào bằng 22000 Jun.

Nhiệt lượng mà nước thu vào bằng chính nhiệt lượng của miếng nhôm toả ra ta có :

Q₂ = m₂.C₂.Δt₂ = 22000(J)

=> Độ chênh lệch nhiệt độ của nước khi hấp thụ nhiệt là:

Δt₂ = Q₂ /(m₂.C₂) = 22000/(0,5.4200) = 10,5 độ C

Vậy sau khi hấp thụ nhiệt tỏa ra từ miếng nhôm nhiệt độ của nước tăng thêm 10,5 độ C.

Bài viết trên chúng tôi đã tổng hợp lại lý thuyết về nhiệt lượng là gì, công thức tính nhiệt lượng và cho một số bài tập ví dụ về cách tính nhiệt lượng của một vật. Qua bài viết này có lẽ các bạn đã hiểu được nhiệt lượng là gì và công thức để tính nhiệt lượng rồi. Mong rằng thông tin trên bài này sẽ giúp bạn có thêm kiến thức bổ ích phục vụ cho công việc học tập hay nghiên cứu.