Bài toán đun sôi nước lớp 11

Bài toán đun sôi nước lóp 11 là một trong những dạng toán về nhiệt lượng. Bài viết sau đây Toploigiai tóm tắt lí thuyết về nhiệt lượng, hướng dẫn giải bài toán đun sôi nước lớp 11 và đưa ra một số bài toán có lời giải. Mời các bạn cùng đọc nhé.

1. Nhiệt lượng là gì?

Nhiệt lượng được hiểu là phần nhiệt năng mà vật nhận được hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt.

Nhiệt lượng của 1 vật thu vào để làm nóng lên phụ thuộc vào 3 yếu tố sau:

Khối lượng của vật: Nếu khối lượng của vật càng lớn thì nhiệt lượng của vật thu vào cũng càng lớn.

Độ tăng nhiệt độ: Nếu độ tăng nhiệt của vật càng lớn thì nhiệt lượng mà vật thu vào cũng càng lớn.

Chất cấu tạo nên vật.

2. Công thức tính nhiệt năng

Nhiệt lượng một vật thu vào để nóng lên phụ thuộc vào ba yếu tố:

- Khối lượng của vật → Khối lượng càng lớn thì nhiệt lượng vật thu vào càng lớn.

- Độ tăng nhiệt độ của vật → Độ tăng nhiệt càng lớn thì nhiệt lượng vật thu vào càng lớn.

- Chất cấu tạo nên vật.

Công  thức tính nhiệt năng:

Q = m . c . ∆t

Trong đó:  

- Q là nhiệt lượng (J),

- m là khối lượng của vật (kg),

- ∆t là độ tăng nhiệt của vật (0C hoặc K),

- c là nhiệt dung riêng của chất làm vật (J/kg.K).

Nhiệt dung riêng của một chất cho biết nhiệt lượng cần thiết để làm cho 1kg chất đó tăng thêm 1⁰C

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

Phương trình cân bằng nhiệt

Q_thu = Q_toả

- Q thu là tổng nhiệt lượng của các vật thu vào.

- Q tỏa là tổng nhiệt lượng của các vật tỏa ra.

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

Q = q.m

- Q là nhiệt lượng tỏa ra(J).

- q là năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu (J/kg)

- m là khối lượng của nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn tính bằng kg.

4. Bài toán đun sôi nước

- Khi đun nước, ta cần cung cấp nhiệt lượng cho nước nóng lên, dụng cụ chứa nước (như ấm hay nồi) nóng lên, đồng thời nhiệt lượng còn bị mất mát ra môi trường xung quanh. Phần nhiệt lượng cung cấp cho nước nóng lên là nhiệt lượng có ích. Nhiệt lượng mà ấm điện hay bếp điện cung cấp để đun nước là nhiệt lượng toàn phần, bằng tổng nhiệt lượng cung cấp cho nước nóng lên, nhiệt lượng cung cấp cho dụng cụ chứa nước nóng lên và nhiệt lượng truyền ra môi trường.

- Hiệu suất của bếp điện hay ấm điện khi đun nước được tính bằng tỉ số giữa nhiệt lượng có ích và nhiệt lượng toàn phần.

* Công thức - Đơn vị đo

Hiệu suất của bếp đun nước là:

Trong đó:

+ H là hiệu suất của bếp đun nước, có đơn vị %;

+ Q_ích là nhiệt lượng cần cung cấp cho nước nóng lên, có đơn vị Jun (J)

+ Q_tp là nhiệt lượng do bếp tỏa ra trong thời gian đun nước, có đơn vị Jun (J).

Nhiệt lượng cần cung cấp cho nước nóng lên từ nhiệt độ t₀ đến t₁ là

Q_ích  = mc∆t = m.c.(t₁ – t₀)

Trong đó:

+ Q_ích là nhiệt lượng cần cung cấp cho nước; có đơn vị Jun (J);

+ m là khối lượng nước, có đơn vị ki lô gam (kg);

+ c là nhiệt dung riêng của nước, có đơn vị J/(kg.K);

+ t₀ là nhiệt độ ban đầu của nước, có đơn vị ⁰C hoặc K;

+ t₁ là nhiệt độ sau của nước, có đơn vị ⁰C hoặc K;

Nhiệt lượng mà ấm điện hay bếp điện cung cấp là 

Q_tp = P.t = I₂.R.t

Trong đó:

+ Q_tp là nhiệt lượng bếp điện hay ấm điện tỏa ra, có đơn vị Jun (J);

+ P là công suất tỏa nhiệt của bếp, có đơn vị oát (W);

+ t là thời gian đun nước, có đơn vị giây (s);

+ I là cường độ dòng điện chạy qua bếp điện hay ấm điện, có đơn vị ampe (A);

+ R là điện trở của dây nóng, có đơn vị ôm (Ω).

5. Mở rộng

Khi biết hiệu suất của bếp hay ấm điện, ta có thể tính được nhiệt lượng cần cung cấp cho nước hoặc nhiệt lượng bếp tỏa ra:

 

 

 

 

 

 

 

4. Bài toán đun sôi nước có lời giải

Bài 1: Một ấm đun nước bằng nhôm có khối lượng 0,5 kg chứa 2 lít nước ở 20°C. Muốn đun sôi ấm nước này cần một nhiệt lượng tối thiểu bằng bao nhiêu ?

Lời giải:

Tóm tắt :

m1 = 0,5 kg

Ấm chứa 2 lít nước => m2 =2 kg

 t₁ = 20°C

 t₂ = 100°C

c₁ = 880 J/kg.K

c₂ = 4200 J/kg.K

Q = ?

Lời giải:

Để nước sôi thì cả ấm và nước đều đạt tới 100°C  (vì khi chỉ có nước nóng tới 100°C còn ấm không tới thì cân bằng nhiệt sẽ xảy ra làm nước không đạt tới 100°C).

Nhiệt lượng ấm thu vào là:

Q₁ = m₁ .c₁ .(t₂ - t₁ ) = 0,5.880.75 = 33000J

Nhiệt lượng nước thu vào là:

Q₂ = m₂ .c₂ .(t₂ - t₁ ) = 2.4200.75 = 630000J

Vậy nhiệt lượng tối thiểu để đun sôi ấm nước là :

Q = Q₁ + Q₂  = 663000J

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^oC. Hiệu suất 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, biết nhiệt dung riêng của nước là 4 200J/kg.K.

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

c) Tính thời gian đun sôi lượng nước trên.

Lời giải:

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

Qi = cm(t₂ – t₁) = 4200.2.(100-20) = 672000 J

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

Từ công thức

c) Thòi gian đun sôi lượng nước trên là:

Từ công thức Q_tp = A = Pt, ta tìm được t

Bài 3: Trên nhãn một ấm điện có ghi 220V – 1000 W.

a) Cho biết ý nghĩa các số ghi trên nhãn ấm điện.

b) Sử dụng ấm điện với hiệu điện thế 220V để đun sôi 2 lít nước từ nhiệt độ 25⁰C. Tính thời gian đun nước, biết hiệu suất của ấm là 90% và nhiệt dung riêng của nước là 4190 J/(Kg.K).

Lời giải:

a) Ý nghĩa của các con số trên nhãn ấm là:

220V là giá trị hiệu điện thế hiệu dụng, tức là hiệu điện thế cần đặt vào để ấm hoạt động bình thường.

1000W là công suất tiêu thụ của ấm khi sử dụng ấm ở hiệu điện thế 220V.

b) Nhiệt lượng cần thiết để làm sôi 2 lít nước là

Q = m.c. t = 2. 4190.(100-25) = 628500 (J)

 

 

 

 

 

 

Mặt khác, theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng, nhiệt lượng mà ấm tỏa ra bằng giá trị điện năng mà ấm đã tiêu thụ : A = Qtp

Điện năng thực tế mà ấm đã tiêu thụ là: 

Thời gian đun nước được xác định từ công thức công suất của ấm:

Bài 5: Một bếp điện đun hai lít nước ở nhiệt độ t1=200 C. Muốn đun sôi lượng nước đó trong 20 phút thì bếp điện phải có công suất là bao nhiêu ? Biết nhiệt dung riêng của nước c=4,18kJ/(kg.K) và hiệu suất của bếp điện H = 70 %.

Lời giải:

Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi nước, tức là để làm tăng nhiệt độ của nước từ T1=293K (hay 20 độ C) đến T2=373K (hay 100 độ C) là:

Q=cm(T₂ − T₁)                    (1)

Trong đó m là khối lượng nước cần đun ; ở đây m = 2 kg (ứng với 2 lít nước). Mặt khác, nhiệt lượng có ích để đun nước do bếp điện cung cấp trong thời gian t là :

Q=H_Pt                                (2)

Trong đó P là công suất của bếp điện.

Từ (1) và (2) ta suy ra :

 

Bài 6: Thời gian đun sôi 1,5 lít nước của một ấm điện là 10 phút. Hiệu điện thế giữa hai đầu dây nung của ấm là 220V. Tính điện trở của dây nung này, biết rằng nếu kể cả nhiệt lượng hao phí để đun sôi 1 lít nước thì cần nhiệt lượng là 420000J.

A. 28 Ω

B. 45 Ω

C. 46,1 Ω

D. 23 Ω

Lời giải:

Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi 1,5 lít nước là:

Q = 420000.1,5 = 630000 J

Theo công thức tính nhiệt lượng tỏa ra của ấm ta có:

→ Đáp án C

Bài 7: Trong cùng một thời gian với cùng một hiệu điện thế không đổi thì nhiệt lượng để đun sôi nước bằng ấm điện phụ thuộc vào điện trở dây dẫn làm ấm điện đó như thế nào?

A. Tăng gấp đôi khi điện trở của dây dẫn giảm đi một nửa

B. Tăng gấp đôi khi điện trở của dây dẫn tăng lên gấp đôi

C. Tăng gấp bốn khi điện trở của dây dẫn giảm đi một nửa

D. Giảm đi một nửa khi điện trở của dây dẫn tăng lên gấp bốn

Đáp án A

------------------------------

Như vậy, Toploigiai đã đưa ra lí thuyết chi tiết về nhiệt lượng và các bài toán đun sôi nước lớp 11 có lời giải, hi vọng các bạn đã nắm được cách giải bài toán đun sôi nước. Chúc các bạn học tập tốt.