Nhiệt Lượng Là Gì? Đặc Điểm, Công Thức Tính Và Đơn Vị Đo

Nhiệt lượng là đại lượng vật lý quen thuộc. Liệu bạn đã hiểu rõ nhiệt lượng là gì chưa? Đặc điểm, công thức và đơn vị đo nhiệt lượng ra sao? Hãy cùng HCTECH tìm hiểu thông tin đầy đủ về nhiệt lượng qua bài viết sau.

1. Nhiệt lượng là gì?

Nhiệt lượng (ký hiệu Q) là năng lượng mà một vật nhận được hoặc tỏa ra trong quá trình truyền nhiệt.
Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai vật hoặc giữa vật và môi trường, năng lượng sẽ tự động truyền từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt độ thấp – phần năng lượng đó gọi là nhiệt lượng

Nhiệt lượng không phải là một đại lượng tồn tại sẵn trong vật, mà chỉ xuất hiện khi có sự trao đổi nhiệt. Khi vật hấp thụ nhiệt lượng, nhiệt năng của vật tăng lên, còn khi vật tỏa nhiệt lượng, nhiệt năng của vật giảm đi.

Khái niệm nhiệt lượng (nhiệt năng) là gì?

2. Đơn vị đo của nhiệt lượng là gì?

Nhiệt lượng có đơn vị đo chuẩn theo hệ SI là Joule, phiên âm tiếng Việt là Jun. Ký hiệu J

Đơn vị Kilojoule (kJ): 1kJ = 1000 J.

Ngoài Joule và Kilojoule, đơn vị của nhiệt lượng còn được tính bằng calo và kcalo (kcal):

1 kcal = 1000 calo; 

1 calo = 4,2 J.

3. Công thức tính nhiệt lượng

Nhiệt lượng của một vật được tính toán theo công thức sau:

                                                         Q = m.c.∆t

Trong đó:

Q: là nhiệt lượng mà vật thu vào hoặc toả ra (Đơn vị Jun- J)

m: là khối lượng của vật (đơn vị đo là kilogam – kg)

c: là nhiệt dung riêng của chất (đơn vị đo J/kg.K)

∆t: là độ biến thiên nhiệt độ (Độ thay đổi nhiệt độ)- (Đơn vị: độ C hoặc K)

Tính toán: ∆t = t2 – t1 

∆t > 0 : vật toả nhiệt

∆t < 0 : vật thu nhiệt

Công thức tính nhiệt lượng của vật thu/tỏa

Nhiệt dung riêng

* c- Nhiệt dung riêng của 1 chất có thể cho biết nhiệt lượng cần thiết để có thể làm cho 1kg chất đó tăng thêm 1 độ C.

Từ công thức trên, bạn cũng có thể tính được nhiệt dung riêng của một chất bằng cách:

c = Q/ (m.∆t)

Dưới đây là nhiệt dung riêng của một số chất thường gặp:

Ví dụ áp dụng: Khi tăng nhiệt độ của thanh thép có khối lượng 1kg, từ 30 đến 50 độ C; nhiệt lượng tỏa ra của thanh thép là:

Q = m.c.∆t = 1.460.(50-30) = 9200 J

>> Xem thêm: Nhiệt lượng kế là gì?

4. Trạng thái cân bằng nhiệt

Cân bằng nhiệt là trạng thái 2 cân bằng nhiệt độ sau khi trao đổi nhiệt. Cụ thể, khi hai vật trao đổi nhiệt với nhau thì nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn cho đến khi nhiệt độ của hai vật bằng nhau. Người ta gọi hai vật cân bằng nhiệt với nhau.

Phương trình cân bằng nhiệt: Trong sự trao đổi nhiệt, nhiệt lượng vật này tỏa ra bằng nhiệt lượng vật kia thu vào.

Q_{tỏa ra} = Q_{thu vào}

Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu

Khi đốt cháy nhiên liệu sẽ có nhiệt lượng tỏa ra. Công thức tính như sau:

Q = q.m

Trong đó:

Q: Nhiệt lượng tỏa ra của vật (J).

q: Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu (J/kg)

https://www.high-endrolex.com/28

m: Khối lượng của nhiên liệu khi bị đốt cháy hoàn toàn được tính bằng kg.

Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu

5. Ví dụ về nhiệt lượng

Ví dụ 1: Vật hấp thụ nhiệt (tăng nhiệt độ)

Đề bài:
Một thanh nhôm có khối lượng 2 kg, được đun nóng từ 25°C lên 75°C. Tính nhiệt lượng mà thanh nhôm hấp thụ.
Biết nhiệt dung riêng của nhôm c=880J/kg.°C.
Giải:
Q=m⋅c⋅Δt=2×880×(75−25)=88000J = 88kJ
Kết luận:
Thanh nhôm hấp thụ 88 kJ nhiệt lượng.

Ví dụ 2: Vật tỏa nhiệt (giảm nhiệt độ)

Đề bài:
Một cục sắt có khối lượng 1,5 kg, ban đầu ở 100°C, để nguội đến 40°C.
Biết nhiệt dung riêng của sắt C=460J/kg.°C. Tính nhiệt lượng mà sắt tỏa ra.
Giải:
Q=m⋅c⋅Δt=1,5×460×(40−100)=−41400J = -41,4kJ
Dấu “–” cho biết vật tỏa nhiệt, nên: Q tỏa ​= 41,4kJ
Kết luận:
Cục sắt tỏa ra 41,4 kJ khi nguội đi 60°C.

Ví dụ 3: So sánh nhiệt lượng giữa hai vật khác nhau

Đề bài:
Một cốc nước (1 kg/1L) và một cục nhôm (1 kg) cùng tăng nhiệt độ từ 20°C lên 50°C.
Biết:
C nước​=4180J/kg.°C
C nhôm=880J/kg.°C
Giải:
Q nước ​= 1×4180×30=125400J
Q nhôm = 1×880×30=26400J
Kết luận:
Nước hấp thụ nhiệt lượng gấp gần 5 lần nhôm khi cùng khối lượng và cùng tăng 30°C.
Điều này lý giải vì sao nước nóng chậm – nguội chậm, còn kim loại nóng nhanh – nguội nhanh.

Ví dụ 4: Ứng dụng trong đời sống

Khi đun nước sôi, ta cần cung cấp một lượng nhiệt lớn do nước có nhiệt dung riêng cao.
Giả sử cần đun 5 kg nước từ 25°C lên 100°C:
Q=5×4180×(100−25)=1567500J≈1,57MJ
→ Nghĩa là phải cung cấp khoảng 1,57 triệu Joule năng lượng (tương đương gần 0,44 kWh điện).
Điều này giúp giải thích vì sao đun nước tốn điện hơn hâm lại thức ăn.

6. Một số bài tập vận dụng về nhiệt lượng

Dưới đây là một số bài tập vận dụng nhiệt lượng dành cho các bạn học sinh.

Bài 1

Trong một gia đình có 1 bếp điện. Khi bếp hoạt động bình thường có điện trở R = 50Ω và cường độ dòng điện chạy qua bếp khi đó là I = 2A.

a, Nhiệt lượng bếp tỏa ra trong 1 giây bằng bao nhiêu?

b, Biết mỗi ngày gia đình sử dụng bếp điện 4 giờ mỗi ngày. Tính tiền điện phải chi trả trong 30 ngày. Biết giá điện là 1000đồng/kWh

Lời giải:

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

Q = I².R.t = 2².50.1 = 200J

b) Lượng điện năng mà bếp điện tiêu thụ trong 30 ngày là:

A = P.t = 200.30.4 = 24000 W.h = 24 kW.h

Vậy số tiền điện mà gia đình phải trả trong 30 ngày là:

T = 24.1000 = 24000 đồng

Bài 2

Dùng bếp điện để đun sôi 2L nước có nhiệt độ ban đầu là 25 độ C thì sẽ mất 25 phút để đun sôi nước. Bếp điện sử dụng có thông số như sau: R = 80Ω; I = 2,5A.

Biết nhiệt lượng cung cấp để đun sôi nước là có ích, hãy tính hiệu suất của bếp. Nhiệt dung riêng của nước là C = 4200J/kg.K.

Lời giải:

Nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 1 giây là:

Q = I².R.t = 2,5².80.1 = 500J

Nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 25 phút là

Qtp = Q.25.60 = 500.25.60 = 750000

Nhiệt lượng cần để đun sôi 2L nước:

Qi = m.c.∆t = m.c.(t2 – t1) = 4200.2.(100 – 25) = 630000

Hiệu suất của bếp:

H = Qi/Qtp = 630000/750000 = 84%.

Bài 3

Một bình nước siêu tốc có ghi 220V – 1500W được sử dụng với hiệu điện thế 220V để đun sôi 2l nước từ nhiệt độ ban đầu 25 độ C. Hiệu suất đun sôi của ấm là 90%, trong đó nhiệt lượng cung cấp để đun sôi nước được coi là có ích. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K, hãy tính:

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

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

c) Thời gian cần thiết để đun sôi lượng nước trên là bao lâu?

Lời giải:

a) Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi 2L trên là:

Qi = m.c.∆t = m.c.(t2 – t1) = 4200.2.(100-25) = 630000J

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

H = Qi/Qtp => Qtp = Qi/H = 630000/ (90/100) = 700000J

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

Qtp = A = P.t => t = Qtp/P = 700000/1000 = 700s

Bài 4

Đặt một cái ấm nhôm có khối lượng 500 gam chứa 2 lít nước sôi 100 độ C lên trên bàn để cho nước nguội đi. Sau 1h40 phút thì nước trong ấm có nhiệt độ bằng nhiệt độ 26 độ C của không khí trong phòng. Hỏi không khí trong phòng đã nhận bao nhiêu nhiệt lượng từ ấm truyền sang. (Nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K; của nhôm là 880J/kg.K).

Lời giải:

Lúc đầu, cái ấm và nước chứa bên trong có nhiệt độ 100 độ C. Do có cân bằng nhiệt nên nhiệt độ của cái ấm, của nước trong ấm và của không khí trong phòng là bằng nhau.

Ta có:

Nhiệt lượng nước tỏa ra là:

Q1 = m1.c1.Δt = 2.4200.(100 – 26) = 621600 (J)

Nhiệt lượng mà ấm nhôm tỏa ra là:

Q2 = m2.c2.Δt = 0,5.880.(100 – 26) = 32560 (J)

Nhiệt lượng không khí nhận vào bằng nhiệt lượng của ấm nhôm và nước tỏa ra. Do đó, Không khí trong phòng đã nhận nhiệt lượng là:

Q = Q1 + Q2 = 621600 + 32560 = 654160 (J)

Trên đây là khái niệm nhiệt lượng là gì? Các thông tin về đơn vị và công thức tính nhiệt lượng. Hy vọng bài viết đem đến cho bạn thông tin hữu ích và vận dụng chúng một cách hiệu quả.

>> Xem thêm: Nhiệt Năng Là Gì?