Nhiệt lượng là gì? Đặc điểm và công thức tính nhiệt lượng

“Nhiệt tỏa ra quanh dây” – bạn đã bao giờ nghe đến nó chưa? Có lẽ nó đã quá quen thuộc với nhiều người. Tuy nhiên không phải ai cũng hiểu rõ về nó Nhiệt là gì? Nếu muốn tìm câu trả lời, hãy theo dõi bài viết dưới đây cùng Labvietchem để hiểu khái niệm nhiệt lượng cũng như biết cách tính nhiệt lượng trong bài tập vật lý nhé.

Nhiệt là gì?

Trước khi tìm hiểu nhiệt lượng là gì chúng ta sẽ trả lời câu hỏi “Nhiệt lượng là gì?”.

– Nhiệt lượng là một dạng năng lượng được tích trữ trong vật chất nhờ sự chuyển động nhiệt hỗn loạn của các hạt cấu tạo nên vật chất.

– Bên trong vật chất, các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động hỗn loạn và liên tục. Do đó, các phân tử này đều chứa động năng. Động năng này có thể chia thành 3 loại, bao gồm:

+ Động năng của khối tâm phân tử.

+ Động năng trong sự dao động của các nguyên tử tạo nên phân tử xung quanh khối tâm chung.

+ Động năng quay của phân tử xung quanh khối tâm.

Tổng ba loại động năng này của các phân tử chính là nhiệt năng của vật, hay nói cách khác nhiệt năng là tổng động năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Vậy đặc tính của nhiệt năng là gì?

– Nhiệt năng có mối quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ. Nó tỷ lệ thuận với sự thay đổi nhiệt độ. Nhiệt độ của vật càng cao thì các phân tử cấu thành nên vật đó chuyển động càng nhanh và nhiệt năng của vật càng lớn.

– Nhiệt năng có thể được trao đổi giữa các vật thể hoặc hệ thống do sự chênh lệch nhiệt độ. Chúng có thể được tạo hoặc thay đổi thông qua:

+ Chuyển đổi giữa năng lượng có hướng như thế năng, động năng có hướng ở cấp độ vĩ mô với năng lượng hỗn loạn, thông qua các quá trình vĩ mô như thực hiện các chức năng trên vật thể.

+ Trao đổi nhiệt vĩ mô vào vật thể.

+ Các quy trình vi mô như:

• Phản ứng hóa học: Đốt cháy.
• Phản ứng hạt nhân: Phản ứng tổng hợp hạt nhân bên trong Mặt trời.
• Ma sát giữa electron và mạng tinh thể trong bếp điện.
• Ma sát cơ học.

– Nhiệt có thể được trao đổi thông qua các quá trình như bức xạ, dẫn nhiệt hoặc đối lưu.

– Lượng nhiệt năng được tích trữ hoặc truyền đi trên vật thể hay còn gọi là nhiệt lượng hoặc nhiệt năng là nhiệt năng mà vật đó nhận hoặc mất đi trong quá trình truyền nhiệt.

Công thức tính nhiệt lượng là gì?

Tính nhiệt lượng bằng công thức nào?

Ký hiệu của nhiệt là Q và đơn vị là Joule vì nhiệt lượng đo được là nhiệt năng và nhiệt năng có đơn vị chính là Joule.

Công thức tính nhiệt lượng được xác định như sau:

Q = mc∆t

Trong đó:

+ Q là lượng nhiệt lượng mà một vật hấp thụ hoặc tỏa ra, đơn vị là Joules (J).

+ m là khối lượng của vật, tính bằng kg.

+ c là nhiệt dung riêng của chất, đo bằng đơn vị J/kg.K

+ ∆t là sự thay đổi nhiệt độ hoặc là sự thay đổi nhiệt độ (độ C hoặc K)

• ∆t = t2 – t1
• ∆t > 0: Vật tỏa nhiệt
• ∆t < 0: Vật hấp thụ nhiệt

Cụ thể bạn có thể hiểu như sau: Khi nói nhiệt dung của than là 5,10^6 J/kg, tức là khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg than sẽ toả ra một lượng nhiệt là 5,10^6J.

– Nhiệt dung riêng của một chất có vai trò cực kỳ quan trọng trong công thức tính nhiệt dung riêng và nhiệt dung. Nhiệt dung riêng của một chất giúp chúng ta biết lượng nhiệt cần thiết để 1kg chất đó tăng thêm 1 độ C và nó được dùng khi chúng ta muốn đo khối lượng hoặc số lượng phân tử (như số mol,…).

– Khi xét hệ đơn vị đo vật lý quốc tế, chúng ta sẽ có:

+ Nhiệt dung riêng chủ yếu được sử dụng trong tính toán nhiệt của quá trình sản xuất vật liệu xây dựng và lựa chọn vật liệu trong các cú sốc nhiệt.

Đặc điểm của nhiệt

Lượng nhiệt mà một vật cần hấp thụ để phục vụ cho quá trình gia nhiệt phụ thuộc hoàn toàn vào khối lượng của vật, độ tăng nhiệt độ của vật cũng như nhiệt dung riêng của vật liệu làm nên vật đó.

– Với khối lượng của vật: Nhiệt lượng tỉ lệ thuận với khối lượng của vật. Vật có khối lượng càng lớn thì lượng nhiệt hấp thụ càng lớn.

– Khi vật tăng: Độ tăng của vật cũng tỉ lệ thuận với nhiệt lượng. Càng tăng thì nhiệt lượng mà vật hấp thụ càng lớn.

Phương trình cân bằng nhiệt và công thức tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt nhiên liệu

Phương trình cân bằng nhiệt được xác định như sau:

Q thu thập = Q bức xạ

Trong đó

• Q thu được là tổng nhiệt lượng của các vật thu được
• Q tỏa ra là tổng nhiệt lượng mà vật tỏa ra

Từ đó ta sẽ có công thức tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt nhiên liệu như sau:

Q = qm

Trong đó:

• Q là nhiệt lượng tỏa ra, đơn vị là Joules (J)
• q là nhiệt dung của nhiên liệu, đơn vị J/Kg
• m là khối lượng nhiên liệu đốt cháy hoàn toàn, đơn vị Kg.

Một số bài tập áp dụng công thức tính nhiệt lượng

Bài 1: Một bếp điện khi hoạt động bình thường có điện trở R = 80Ω và dòng điện chạy qua bếp là I = 2,5A.

a) Tính nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 1 giây.

b) Dùng bếp điện đun sôi 1,5 lít nước với nhiệt độ ban đầu là 25 độ C, thời gian đun sôi nước là 20 phút. Cho rằng nhiệt lượng cung cấp để đun sôi nước là có ích, hãy tính hiệu suất của bếp. Nhiệt dung riêng của nước là C = 4 200J/kg.K.

c) Thời gian sử dụng bếp điện trong một ngày là 3 giờ. Tính tiền điện phải nộp trong vòng 30 ngày đối với việc sử dụng bếp điện, nếu giá 1kW.h là 700 đồng.

Hướng dẫn giải pháp

a) Nhiệt lượng do bếp tỏa ra trong 1 giây:

Q = I2.Rt = 2,52,80,1 = 500J

b) Nhiệt lượng do bếp tỏa ra trong 20 phút

Qtp = Q.20,60 = 600000J

Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi nước:

Qi = mc∆t = mc(t2 – t1) = 4200.1.5.(100 – 25) = 472500J

Hiệu suất bếp:

H = Qi/Qtp = 472500/600000 = 78,75 %.

c) Lượng điện bếp tiêu thụ trong 30 ngày tính bằng kWh là:

A = Pt = 500,30,3 = 45000 Wh = 45 kW.h

Vậy số tiền điện phải trả là:

T = 45.700 = 315.000 đồng

Bài 2: Một ấm điện có nhãn 220V – 1000W dùng điện áp 220V để đun sôi 2 lít nước từ nhiệt độ ban đầu là 20 độ C. Hiệu suất đun sôi của ấm là 90%, trong đó nhiệt lượng cung cấp để đun sôi nước được coi là hữu ích.

a) Tính nhiệt lượng cần thiết để đun sôi lượng nước trên, biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K.

b) Tính nhiệt lượng mà ấm điện tỏa ra lúc đó.

c) Tính thời gian cần thiết để đun sôi lượng nước trên.

Hướng dẫn giải pháp

a) Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi lượng nước trên là:

Qi = mc∆t = mc(t2 – t1) = 4200.2.(100-20) = 672000J

b) Nhiệt lượng mà ấm tỏa ra là:

H = Qi/Qtp => Qtp = Qi/H = 672000/ (90/100) = 746700J

c) Thời gian cần thiết để đun sôi lượng nước trên:

Qtp = A = Pt => t = Qtp/P = 746700/1000 ≈ 747s

Trên đây là một số thông tin về Nhiệt là gì? mà chúng tôi muốn chia sẻ với độc giả. Hy vọng Labvietchem sẽ giúp các bạn, đặc biệt là các em học sinh nắm vững những kiến ​​thức cần thiết để giải bài tập Vật lý một cách chính xác nhất.

Xem thêm:

• Nam châm là gì? Cách phân loại nam châm vĩnh cửu
• Stator và rotor là gì? Tìm hiểu chi tiết cấu tạo và nguyên lý hoạt động