Bài 7: Bài tập về vật lí nhiệt

1. Kiến thức trọng tâm

• Vật lí nhiệt nghiên cứu các quá trình liên quan đến nhiệt độ, nội năng và sự truyền nhiệt. Các công thức trọng tâm cần nắm vững là: nhiệt lượng $Q = mc\Delta t$, nhiệt nóng chảy $Q = \lambda m$, nhiệt hoá hơi $Q = Lm$, và định luật I của nhiệt động lực học $\Delta U = A + Q$.
• Phương pháp giải bài tập vật lí nhiệt thường gồm các bước: xác định các quá trình vật trải qua, liệt kê các đại lượng đã biết và cần tìm, chọn công thức phù hợp cho từng quá trình, rồi áp dụng phương trình cân bằng nhiệt hoặc định luật I khi cần.
• Khi một vật trải qua nhiều quá trình liên tiếp, ví dụ đun nóng nước đá từ $-10,^{\circ}\mathrm{C}$ đến khi hoá hơi hoàn toàn, nhiệt lượng tổng cộng bằng tổng nhiệt lượng của từng quá trình: làm nóng đá, nóng chảy đá, làm nóng nước, hoá hơi nước.
• Phương trình cân bằng nhiệt: khi hai hay nhiều vật trao đổi nhiệt với nhau trong hệ cô lập, tổng nhiệt lượng toả ra bằng tổng nhiệt lượng thu vào: $Q_{toả} = Q_{thu}$.
• Khi giải bài tập về định luật I, cần chú ý quy ước dấu: hệ nhận nhiệt thì Q > 0, hệ toả nhiệt thì Q < 0, hệ nhận công thì A > 0, hệ sinh công thì A < 0.
• Cần đổi đơn vị thống nhất trước khi tính toán: khối lượng ra $kg$, nhiệt độ ra $^{\circ}\mathrm{C}$ hoặc $K$ cho phù hợp, năng lượng ra $J$.

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ: Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun nóng $0,5,kg$ nước đá từ $-10,^{\circ}\mathrm{C}$ đến $0,^{\circ}\mathrm{C}$. Biết nhiệt dung riêng của nước đá là $2100,J/(kg.K)$.

Lời giải: Độ tăng nhiệt độ: $\Delta t = 0 - (-10) = 10,^{\circ}\mathrm{C}$. Nhiệt lượng cần cung cấp: $Q = mc\Delta t = 0,5 \times 2100 \times 10 = 10,500,J = 10,5,kJ$.

3. Ghi nhớ

• Xác định rõ từng quá trình vật trải qua rồi áp dụng công thức tương ứng.
• Nhiệt lượng tổng cộng bằng tổng nhiệt lượng của các quá trình thành phần.
• Áp dụng đúng phương trình cân bằng nhiệt và quy ước dấu của định luật I.