Vật lí nhiệt – Các dạng bài tập

Dạng 1. Cân bằng nhiệt

Kỳ thi hay gặp: học kỳ, tốt nghiệp, đánh giá năng lực.

Phương pháp: viết $Q_{\text{toả}} = Q_{\text{thu}}$. Ở vật toả dùng $(t_{\text{đầu}} - t_{\text{cuối}})$, ở vật thu dùng $(t_{\text{cuối}} - t_{\text{đầu}})$ để mọi nhiệt lượng đều dương.

Ví dụ. Trộn 0,5 kg nước ở 80 °C với 1 kg nước ở 20 °C. Tính nhiệt độ cuối (bỏ qua hao phí).

Lời giải. $$0{,}5\,c\,(80 - t) = 1\cdot c\,(t - 20) \;\Rightarrow\; 40 - 0{,}5t = t - 20 \;\Rightarrow\; t = \frac{60}{1{,}5} = 40\ ^\circ\text{C}$$

Dạng 2. Nhiệt lượng qua nhiều giai đoạn có chuyển thể

Kỳ thi hay gặp: học kỳ, học sinh giỏi, đánh giá năng lực.

Phương pháp: chia thành các giai đoạn: tăng nhiệt độ trong một pha ($Q = mc\Delta t$), chuyển thể ở nhiệt độ không đổi ($Q = \lambda m$ hoặc $Q = Lm$), rồi cộng lại.

Ví dụ. Cần bao nhiêu nhiệt lượng để đưa 200 g nước đá ở −10 °C thành nước ở 20 °C?

Lời giải.

• Đá từ −10 °C lên 0 °C: $Q_1 = 0{,}2\cdot 2100\cdot 10 = 4200$ J
• Nóng chảy: $Q_2 = 3{,}34\cdot 10^{5}\cdot 0{,}2 = 66\,800$ J
• Nước từ 0 °C lên 20 °C: $Q_3 = 0{,}2\cdot 4180\cdot 20 = 16\,720$ J

$$Q = Q_1 + Q_2 + Q_3 = 87\,720\ \text{J} \approx 8{,}8\cdot 10^{4}\ \text{J}$$

Dạng 3. Định luật I nhiệt động lực học

Kỳ thi hay gặp: tốt nghiệp (câu đúng/sai), đánh giá năng lực.

Phương pháp: đọc đúng dấu. Khí nhận nhiệt thì $Q > 0$; khí sinh công ra ngoài thì $A < 0$; khí bị nén thì $A > 0$.

Ví dụ. Khí nhận 200 J nhiệt và sinh công 50 J. Tính độ biến thiên nội năng.

Lời giải. $Q = +200$ J, $A = -50$ J nên $\Delta U = 200 - 50 = 150$ J (nội năng tăng).

Dạng 4. Đo nhiệt dung riêng bằng thiết bị điện

Kỳ thi hay gặp: học sinh giỏi, học kỳ (câu thực hành), đánh giá năng lực.

Phương pháp: điện năng cung cấp $P\,t$ chuyển thành nhiệt lượng $mc\Delta t$. Thực tế có hao phí nên giá trị đo thường lớn hơn giá trị thật.

Ví dụ. Điện trở nhiệt 50 W đun 0,2 kg chất lỏng trong 120 s, nhiệt độ tăng 15 °C (bỏ qua hao phí). Tính nhiệt dung riêng.

Lời giải. $$c = \frac{P\,t}{m\,\Delta t} = \frac{50\cdot 120}{0{,}2\cdot 15} = 2000\ \text{J/(kg·K)}$$

Câu luyện tập

1. Đun 2 kg nước tăng thêm 30 °C. Tính nhiệt lượng cần thiết.
2. Cần bao nhiêu nhiệt lượng để làm nóng chảy hoàn toàn 0,5 kg nước đá ở 0 °C?
3. Tính nhiệt lượng cần để hoá hơi 100 g nước ở 100 °C.
4. Khí nhận công 100 J và toả nhiệt 30 J. Tính $\Delta U$.

Làm thêm phần trắc nghiệm bên dưới để tự kiểm tra.

Lưu ý. Ví dụ và câu luyện là bài soạn mới, mô phỏng dạng bài thường gặp, không sao chép đề thi thật.