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

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

Nhiệt lượng là gì?

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

- Nhiệt là một dạng năng lượng dự trữ trong vật chất nhờ vào những 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. Vì vậy, các phân tử này đều có chứa động năng. Động năng này có thể chia làm 3 loại, bao gồm:

+ Động năng chuyển động của khối tâm của phân tử.

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

+ Động năng quay của phân tử quanh khối tâm.

Tổng 3 loại động năng này của các phân tử chính là nhiệt năng của vật hay nói cách khác, nhiệt năng chính là tổng động năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Vậy đặc điểm của nhiệt năng là gì?

- Nhiệt năng có mối quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ. Nó tỷ lệ thuân với sự thay đổi của nhiệt độ. Nhiệt độ của vật càng cao thì các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh và kéo theo nhiệt năng của vật càng lớn.

- Nhiệt năng có thể được trao đổi giữa các vật hoặc hệ thống do sự khác biệt về nhiệt độ. Chúng có thể được tạo ra hoặc thay đổi thông qua việc:

+ Chuyển hóa giữa năng lượng có hướng như thế năng, động năng định hướng trên tầm vĩ mô với năng lượng hỗn loạn, qua các quá trình vĩ mô như thực hiện công năng lên vật.

+ Trao đổi nhiệt vĩ mô vào vật.

+ Các quá trình vi mô như:

• Các phản ứng hóa học: Sự cháy.
• Phản ứng hạt nhân: Phản ứng tổng hợp hạt nhân bên trong Mặt Trời.
• Sự ma sát giữa các electron với mạng tinh thể trong bếp điện.
• Ma sát cơ học.

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

- Lượng nhiệt năng dự trữ hay chuyển tải trên các vật còn gọi là nhiệt lượng hay nhiệt lượng chính là phần nhiệt năng mà vật nhận được hoặc mất đi trong quá trình truyền nhiệt.

Công thức tính nhiệt lượng như nào?

Tính nhiệt lượng theo công thức nào?

Ký hiệu của nhiệt lượng là Q và đợn vị là Jun vì số đo nhiệt lượng là nhiệt năng và nhiệt năng có đơn vị chính là Jun.

Công thức tính nhiệt lượng được xác định như sau:

       Q = m.c.∆t

Trong đó:

+ Q là nhiệt lượng mà vật thu vào hoặc toả ra, đơn vị là Jun (J).

+ m là khối lượng của vật, được đo bằng đơn vị kg.

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

+ ∆t là độ thay đổi nhiệt độ hay nó chính là biến thiên nhiệt độ ( độ C hoặc K )

• ∆t = t2 – t1 
• ∆t > 0 : Vật toả nhiệt
• ∆t < 0 : Vật thu nhiệt

Cụ thể, các bạn có thể hiểu như sau: Khi nói năng suất toả nhiệt của than đá là 5.10^6 J/kg, điều đó có nghĩa là khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg than đá thì một lượng nhiệt sẽ toả ra là 5.10^6J.

- Nhiệt dung riêng của một chất có vai trò vô cùng quan trọng trong công thức tính nhiệt dung riêng và nhiệt lượng. Nhiệt dung riêng của một chất giúp chúng ta biết được nhiệt lượng cần thiết phải cung cấp để có thể làm cho 1kg chất đó có thể tăng thêm 1 độ C và nó được dùng khi muốn đo khối lượng hoặc số phân tử (như Mol,…).

- Khi xét trong hệ thống đơn vị đo lường quốc tế của vật lý, ta sẽ có:

+ Nhiệt dung riêng được sử dụng chủ yếu trong các phép tính nhiệt lượng của quá trình tham gia công cho vật liệu xây dựng và phục vụ cho việc lựa chọn vật liệu trong các chạm nhiệt.

Đặc điểm của nhiệt lượng

Nhiệt lượng vật cần thu để phục vụ cho quá trình làm nóng lên phụ thuộc hoàn toàn vào khối lượng của vật, độ tăng nhiệt độ của vật cũng như nhiệt dung riêng của chất liệu làm ra vật.

- Với khối lượng của vật: Nhiệt lượng tỷ lệ thuận với khối lượng vật. Khối lượng của vật càng lớn, nhiệt lượng mà vật thu vào cũng càng lớn.

- Với độ tăng của vật: Độ tăng của vật cũng tỷ lệ thuân với nhiệt lượng. Độ tăng càng cao thì nhiệt lượng vật thu vào càng lớn.

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

Phương trình cân bằng nhiệt lượng được xác định như sau:

Q thu = Q tỏa

Trong đó

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

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

Q = q.m

Trong đó:

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

Một số bài tập vận dụng công thức tính nhiệt lượng

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

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

b) Dùng bếp điện để đun sôi 1,5l nước có nhiệt độ ban đầu là 25 độ C thì sẽ mất 20 phút để đun sôi nước. Coi 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 mỗi ngày là 3 giờ. Tính tiền điện phải trả trong 30 ngày cho việc sử dụng bếp điện, nếu giá 1kW.h là 700 đồng.

Hướng dẫn giải

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

Q = I².R.t = 2,5².80.1 = 500J

b) Nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 20 phút

Qtp = Q.20.60 = 600000J

Nhiệt lượng cần để đun sôi lượng nước: 

Qi = m.c.∆t = m.c.(t2 – t1) = 4200.1,5.(100 - 25) = 472500J

Hiệu suất của bếp:

H = Qi/Qtp = 472500/600000 = 78,75 %.

c) Lượng điện năng mà bếp tiêu thụ trong 30 ngày, tính theo đơn vị kW.h là:

A = P.t = 500.30.3 = 45000 W.h = 45 kW.h

Vậy số tiền điện phải trả là:

T = 45.700 = 315000 đồng

Bài 2: Một ấm điện có ghi 220V - 1000W được sử dụng với hiệu điện thế 220V để đun sôi 2l nước từ nhiệt độ ban đầu 20 độ C. Hiệu suất đun sôi của ấm là 90%, trong đó nhiệt lượng cung cấp để đun sôi nước đước coi là có ích.

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

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

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

Hướng dẫn giải

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

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

b) Nhiệt lượng mà ấm đã tỏa ra khi đó là:

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

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

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

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

Xem thêm: 

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