Nhiệt dung riêng và cân bằng nhiệt

Công thức nhiệt lượng vật thu vào (hay toả ra) khi đổi nhiệt độ từ $t_1$ đến $t_2$ mà không chuyển thể:

$$Q=mc\,\Delta t=mc\,(t_2-t_1).$$

Nếu $t_2>t_1$ thì $Q>0$ (vật thu nhiệt); nếu $t_2<t_1$ thì $Q<0$ (vật toả nhiệt). Khi viết bằng giá trị tuyệt đối, ghi rõ $|Q|$.

Một số giá trị thường dùng (đề luôn cho sẵn):

• $c$ lớn nghĩa là chất khó nóng, khó nguội: nước có $c$ lớn nên biển điều hoà khí hậu, nước dùng làm chất tải nhiệt.
• Tích $C=mc$ gọi là nhiệt dung của vật, đơn vị $\text{J/K}$; $Q=C\Delta t$.
• Đơn vị cũ: $1\ \text{cal}\approx4{,}18\ \text{J}$.

Cô lập hai (hay nhiều) vật ở nhiệt độ khác nhau cho tiếp xúc. Nhiệt truyền từ vật nóng sang vật lạnh cho tới khi có chung nhiệt độ $t$. Nếu không mất nhiệt ra ngoài:

Viết hai vế bằng các đại lượng dương: vật nóng dùng $t_{\text{đầu}}-t_{\text{cuối}}$, vật lạnh dùng $t_{\text{cuối}}-t_{\text{đầu}}$. Khi đó giải ra $t$: $t=\dfrac{\sum m_ic_it_i}{\sum m_ic_i}\quad(\text{trung bình có trọng số theo }m c).$ Kết quả luôn nằm giữa nhiệt độ thấp nhất và cao nhất ban đầu. Nếu hai vật là cùng một chất thì $c$ giản ước: $t=\dfrac{m_1t_1+m_2t_2}{m_1+m_2}$.

Ý nghĩa của trọng số: vật nào có nhiệt dung $mc$ lớn hơn thì "kéo" nhiệt độ chung về phía nhiệt độ ban đầu của nó mạnh hơn.

Nguồn nhiệt công suất $P$ chạy trong thời gian $\tau$ cung cấp năng lượng toàn phần $Q_{tp}=P\tau$. Chỉ một phần $Q_{\text{ích}}=mc\Delta t$ đến nước; phần còn lại thất thoát (ấm, không khí).

$$H=\frac{Q_{\text{ích}}}{Q_{tp}}=\frac{mc\,\Delta t}{P\,\tau}\qquad\Rightarrow\qquad \tau=\frac{mc\,\Delta t}{H\,P}.$$

Đổi phút $\to$ giây khi thay số. Điện năng tiêu thụ $A=P\tau$ (J) hay $\dfrac{P\tau}{3{,}6\cdot10^6}$ (kWh).

• $Q=mc\Delta t$; $c$ lớn thì khó nóng, khó nguội; nhiệt dung $C=mc$.
• Cân bằng nhiệt: $Q_{\text{toả}}=Q_{\text{thu}}$; $t=\dfrac{\sum mct}{\sum mc}$; $t$ nằm giữa hai nhiệt độ đầu.
• Đun nóng: $H=\dfrac{mc\Delta t}{P\tau}$; đổi giây.