Trả lời nhanh
Nhiệt dung riêng của H2O là 4,2 J/g.°C có nghĩa là: muốn làm cho 1 gam nước tăng thêm 1°C thì cần cung cấp cho nó một nhiệt lượng bằng 4,2 J. Ngược lại, 1 gam nước hạ đi 1°C thì toả ra môi trường 4,2 J. Con số này cho biết nước “chứa” và “giữ” nhiệt rất tốt.
Hiểu đúng câu phát biểu
Đề thường bị cắt ở cuối câu: “…thì cần cung cấp một nhiệt lượng 4,2 J“. Hãy đọc đơn vị J/g.°C như một phép chia: 4,2 J trên mỗi gam trên mỗi độ C. Vậy ba thông tin cần nhớ là:
- Khối lượng nước: 1 gam.
- Độ tăng nhiệt độ: 1°C.
- Nhiệt lượng cần cung cấp: 4,2 J.
Nếu đổi sang đơn vị của Vật lí: 4,2 J/g.°C = 4200 J/kg.K = 4,2 kJ/kg.K.
Công thức tính nhiệt lượng
Từ định nghĩa, nhiệt lượng vật thu vào hoặc toả ra khi thay đổi nhiệt độ (không đổi trạng thái) là:
Q = m.c.ΔT, trong đó Q là nhiệt lượng (J), m là khối lượng (g), c là nhiệt dung riêng (J/g.°C), ΔT là độ biến thiên nhiệt độ (°C hoặc K).
Chú ý: ΔT tính bằng hiệu hai nhiệt độ nên 1°C và 1 K chênh lệch như nhau, dùng đơn vị nào cũng được miễn là thống nhất. Khối lượng tính bằng gam thì c phải là J/g.°C; nếu m tính bằng kg thì dùng c = 4200 J/kg.K.
Vì sao nhiệt dung riêng của nước lớn?
Trong nước, các phân tử H2O liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen. Khi đun nóng, một phần năng lượng phải dùng để làm yếu các liên kết này nên nhiệt độ tăng chậm hơn so với nhiều chất khác. Vì thế nước hấp thụ nhiều nhiệt mà nóng lên ít.
| Chất | Nhiệt dung riêng gần đúng (J/g.°C) |
|---|---|
| Nước | 4,2 |
| Nhôm | 0,88 |
| Sắt | 0,45 |
| Đồng | 0,39 |
Nhờ vậy nước được dùng làm chất tải nhiệt trong hệ thống làm mát động cơ, và biển điều hoà khí hậu vùng ven bờ: ban ngày nóng lên chậm, ban đêm nguội đi chậm.
Ví dụ minh hoạ
Ví dụ 1. Cần bao nhiêu nhiệt để đun 250 g nước từ 20°C lên 40°C?
ΔT = 40 − 20 = 20°C. Q = 250 × 4,2 × 20 = 21 000 J = 21 kJ.
Ví dụ 2. 100 g nước nguội đi từ 60°C xuống 45°C thì toả ra bao nhiêu nhiệt?
ΔT = 15°C. Q = 100 × 4,2 × 15 = 6300 J (nước toả nhiệt nên đây là nhiệt lượng mất đi).
Lỗi sai thường gặp
- Nhầm “4,2 J” với “4,2 J cho mọi lượng nước”. Con số này chỉ đúng với 1 gam và 1°C; 10 g nước tăng 1°C cần 42 J.
- Trộn đơn vị: dùng m bằng kg nhưng c bằng J/g.°C làm kết quả sai 1000 lần.
- Áp dụng Q = m.c.ΔT khi nước đang sôi hoặc đóng băng. Khi đổi trạng thái phải dùng nhiệt hoá hơi hoặc nhiệt nóng chảy.
- Nhầm “nhiệt dung riêng” với “nhiệt dung”: nhiệt dung riêng tính cho 1 gam (hoặc 1 kg), nhiệt dung tính cho cả vật.
Mẹo nhớ: nhiệt dung riêng nước ≈ 4,2 → “4,2 J cho mỗi gam mỗi độ”. Với cách tính nhanh, 1 calo ≈ 4,2 J, nên nước ≈ 1 cal/g.°C.
Bài luyện tập
- Cần cung cấp bao nhiêu J để 50 g nước tăng thêm 8°C?
Đáp án: Q = 50 × 4,2 × 8 = 1680 J. - Một lượng nước 200 g nhận 4200 J. Nhiệt độ tăng bao nhiêu độ?
Đáp án: ΔT = 4200 / (200 × 4,2) = 5°C. - Đun 0,5 kg nước, nhiệt độ tăng 10°C. Tính nhiệt lượng theo kJ.
Đáp án: m = 500 g, Q = 500 × 4,2 × 10 = 21 000 J = 21 kJ.
Câu hỏi thường gặp
Nhiệt dung riêng của nước là bao nhiêu?
Khoảng 4,2 J/g.°C (chính xác hơn là 4,18), tương đương 4200 J/kg.K.
Nhiệt dung riêng của nước 4,2 J/g.°C có nghĩa là gì?
Muốn 1 gam nước tăng thêm 1°C cần cung cấp nhiệt lượng 4,2 J.
Công thức tính nhiệt lượng khi đun nóng nước là gì?
Q = m.c.ΔT, với m là khối lượng nước, c là nhiệt dung riêng, ΔT là độ tăng nhiệt độ; áp dụng khi nước chưa đổi trạng thái.
Vì sao nước nóng lên chậm hơn kim loại?
Vì nước có nhiệt dung riêng lớn và có liên kết hydrogen giữa các phân tử, nên cần nhiều nhiệt hơn để tăng cùng một độ nhiệt.