Bài 7. Bài tập về vật lý nhiệt trang 30, 31, 32 Vật lý 12 Kết nối tri thức: Để giải các bài tập Vật lý nhiệt cần đến những kiến thức và công thức cơ bản nào?...

Câu hỏi trang 30 Câu hỏiMở đầu

Để giải các bài tập Vật lí nhiệt cần đến những kiến thức và công thức cơ bản nào?

Xem lại những bài đã học

Để giải các bài tập Vật lí nhiệt cần đến những kiến thức và công thức cơ bản:

Định luật I của nhiệt động lực học, công thức tính nhiệt lượng: Q = m.c.∆T, nhiệt dung riêng, nhiệt hóa hơi,…

Câu hỏi trang 32 Bài 1

Quy ước dấu nào sau đây phù hợp với định luật I của nhiệt động lực học?

A. Vật nhận công: A < 0; vật nhận nhiệt lượng: Q < 0.

B. Vật nhận công: A > 0; vật nhận nhiệt lượng: Q > 0.

C. Vật thực hiện công: A > 0; vật truyền nhiệt lượng: Q > 0.

D. Vật thực hiện công: A > 0; vật truyền nhiệt lượng: Q < 0.

Theo định luật I của nhiệt động lực học, năng lượng không thể tự nhiên chuyển từ một hệ thống có nhiệt độ thấp đến một hệ thống có nhiệt độ cao mà không cần sự thực hiện công hoặc truyền nhiệt lượng từ bên ngoài. Do đó, nếu một vật thực hiện công A > 0, nó có thể truyền nhiệt lượng cho môi trường xung quanh Q > 0.

Quy ước dấu phù hợp với Định luật I của Nhiệt động lực học là:

C. Vật thực hiện công: A > 0; vật truyền nhiệt lượng: Q > 0.

Đáp án C

Câu hỏi trang 32 Bài 2

Một lượng nước và một lượng rượu có thể tích bằng nhau được cung cấp các nhiệt lượng tương ứng là Q₁ và Q₂ . Biết khối lượng riêng của nước là 1 000 kg/m³ và của rượu là 800 kg/m³, nhiệt dung riêng của nước là 4 200 J/kg.K và của rượu là 2 500 J/kg.K. Để độ tăng nhiệt độ của nước và rượu bằng nhau thì:

A. Q₁ = Q₂

B. Q₁ = 1,25 Q₂

C. Q₁ = 1,68 Q₂

D. Q₁ = 2.10 Q₂

Để độ tăng nhiệt độ của nước và rượu bằng nhau, ta có thể sử dụng công thức:

Q = m.c.∆T

Trong đó:

- Q là nhiệt lượng.

- m là khối lượng.

- c là nhiệt dung riêng.

- ∆T là sự thay đổi nhiệt độ.

Đặt Q₁ là nhiệt lượng cung cấp cho nước và Q₂ là nhiệt lượng cung cấp cho rượu. Ta có:

Q₁ = m₁.c₁.∆T \( \Rightarrow \Delta T = \frac{{{Q_1}}}{{{m_1}{c_1}}}\)

Q₂ = m₂.c₂.∆T\( \Rightarrow \Delta T = \frac{{{Q_2}}}{{{m_2}{c_2}}}\)

Đề bài cho biết lượng nước và lượng rượu có thể tích bằng nhau, nên m₁=m₂

\( \Rightarrow \frac{{{Q_1}}}{{{c_1}}} = \frac{{{Q_2}}}{{{c_2}}} \Rightarrow {Q_1} = \frac{{{c_1}}}{{{c_2}}}{Q_2} = \frac{{4200}}{{2500}} = 1,68{Q_2}\)

Đáp án C

Câu hỏi trang 32 Bài 3

Lấy hai túi trà lọc giống nhau. Thả nhẹ nhàng một túi vào cốc thuy tính đựng nước nguội, một túi vào cốc thủy tinh dựng nước nóng để các túi nằm yên ở đáy cốc. Quan sát và dùng mô hình động học phân tử về cấu tạo chất để giải thích hiện tượng xảy ra trong hai cốc.

Hiện tượng bạn quan sát khi thả túi trà lọc vào nước nguội và nước nóng có thể được giải thích dựa trên mô hình động học phân tử và sự tương tác giữa phân tử trong chất.

Nước nguội:

- Khi túi trà lọc được thả vào nước nguội, cấu trúc phân tử trong trà và túi trà thường chứa các chất hóa học có thể tan trong nước ở nhiệt độ thấp.

- Tại nhiệt độ thấp, các phân tử trong túi trà không có đủ năng lượng để tạo ra sự tương tác nhanh chóng và mạnh mẽ với nước xung quanh. Do đó, quá trình hòa tan và chiết xuất các chất từ túi trà có thể diễn ra chậm và không đều.

Nước nóng:

- Khi túi trà lọc được thả vào nước nóng, nhiệt độ cao hơn giúp tăng cường động năng của các phân tử trong túi trà và nước.

- Sự gia tăng động năng này tạo điều kiện thuận lợi hơn cho các phân tử trong túi trà tương tác với nước, giúp quá trình hòa tan và chiết xuất các chất từ túi trà diễn ra nhanh chóng và hiệu quả.

- Các chất hóa học như flavonoid, caffeine, và các hợp chất hương liệu sẽ được giải phóng nhanh chóng vào nước nóng, tạo ra một lớp màu đặc trưng cho trà.

Tóm lại, nước nóng cung cấp năng lượng cần thiết để kích thích sự tương tác giữa các phân tử trong túi trà và nước, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết xuất và làm cho hương vị và màu sắc của trà trở nên nổi bật hơn.

Câu hỏi trang 32 Bài 4

a) Một ấm điện công suất 1 000 W. Tính thời gian cần thiết để đun 300 g nước có nhiệt độ ban đầu là 20 °C đến khi sôi ở áp suất tiêu chuẩn. Tại sao kết quả chỉ được coi là gần đúng?

b) Nếu để nước trong ấm sôi thêm 2 phút thì lượng nước còn lại trong ấm là bao nhiêu? Lấy nhiệt dung riêng và nhiệt hóa hơi riêng của nước là c = 4,2.10³ J/kg.K và L = 2,26.10⁶ J/kg.

a) Sử dụng công thức Q = m.c.∆T để tính nhiệt lượng cần để nước đạt đến nhiệt độ sôi. Sau đó, sử dụng công thức Q = Pt để tính thời gian cần thiết, với P là công suất của ấm điện.

b) Tính lượng nhiệt lượng đã chuyển cho nước trong thời gian thêm 2 phút bằng công thức Q = Pt. Sau đó, sử dụng công thức Q = m.c.∆T để tính lượng nước còn lại trong ấm.

a) Q = m.c.∆T = 0,3.4,2.10³.(100-20) = 100800 J

\(t = \frac{Q}{P} = \frac{{100800}}{{1000}} = 100,8s = 1,68\)phút

Kết quả này chỉ được coi là gần đúng vì không xét đến các mất mát nhiệt lượng do tỏa ra môi trường xung quanh, và áp suất không phải lúc nào cũng đạt đến áp suất tiêu chuẩn.

b) Q = P.t = 1000.120 = 120000J

Q = m.c.∆T <=> 120000 = m.4200.(100-20)

\( \Rightarrow m = \frac{{4200.80}}{{120000}} = 2,8kg\)

Câu hỏi trang 32 Bài 5

Dùng bếp điện để đun một ấm nhôm khối lượng 600 g đựng 1,5 lít nước ở nhiệt độ 20 °C. Sau 35 phút đã có 20% lượng nước trong ấm hóa hơi ở nhiệt độ sôi 100 °C. Tính nhiệt lượng trung bình mà bếp điện cung cấp cho ấm nước trong mỗi giây, biết chỉ có 75% nhiệt lượng mà bếp tỏa ra được dùng vào việc đun ấm nước. Biết nhiệt dung riêng của nhôm là 880 J/kg.K, của nước là 4 200 J/kg.K; nhiệt hóa hơi riêng của nước ở nhiệt độ sôi 100 °C là 2,26.10⁶ J/kg. Khối lượng riêng của nước là 1 kg/lít.

Để tính nhiệt lượng trung bình mà bếp điện cung cấp cho ấm nước trong mỗi giây, chúng ta sẽ thực hiện các bước sau:

1. Tính nhiệt lượng cần để đun nước từ 20°C đến sôi ở 100°C.

2. Tính lượng nước đã hóa hơi.

3. Tính tổng nhiệt lượng mà bếp điện cung cấp.

4. Tính nhiệt lượng trung bình mỗi giây.

Nhiệt lượng cần để đun nước từ 20°C đến sôi ở 100°C:

Q₁ = m₁.c₁.∆T = 1,5.4200.(100-20) = 504000 J

Vì 20% lượng nước đã hóa hơi, nên lượng nước đã hóa hơi là 0.2 lít.

Khối lượng riêng của nước là 1 kg/lít, nên khối lượng nước đã hóa hơi là 0.2 kg.

Q₂ = m.L = 0,2.2,26.10⁶ = 452000 J

Tổng nhiệt lượng mà bếp điện cung cấp:

Q = Q₁ + Q₂ = 504000 + 452000 = 956000 J

Vì chỉ có 75% nhiệt lượng được dùng để đun ấm nước, nên cần nhân với 0.75.

Tổng thời gian đun là 35 phút = 2100 s

\(\overline Q = \frac{{0,75.956000}}{{2100}} = 341J\)