Người ta thả một viên nước đá có khối lượng 150g ở nhiệt độ -5°C vào một cốc nước có khối lượng 500g và nhiệt độ ban đầu là 25°C. Nhiệt dung riêng của nước là \({c_n} = 4200\,{\rm{J/kg}}{\rm{.K}}\), nhiệt dung riêng của nước đá là \({c_d} = 2100\,{\rm{J/kg}}{\rm{.K}}\), và nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là \(\lambda = 3,{34.10^5}\,{\rm{J/kg}}\). Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường, hãy tính nhiệt độ cuối cùng của hệ sau khi nước đá tan hoàn toàn.
Vận dụng kiến thức về nhiệt nóng chảy
Nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt độ của nước đá từ -5°C lên 0°C:
\({Q_1} = {m_d}.{c_d}{\rm{.\Delta }}T = 0,15.2100.(0 - ( - 5)) = 1575\,{\rm{J}}\)
Nhiệt lượng để làm tan chảy hoàn toàn khối nước đá ở 0°C:
\({Q_2} = {m_d}.\lambda = 0,15.3,{34.10^5} = 50100\,{\rm{J}}\)
Nhiệt lượng nước tỏa ra khi giảm từ 25°C xuống nhiệt độ cân bằng t:
\({Q_n} = {m_n}.{c_n}{\rm{.\Delta }}T = 0,5.4200.(25 - t) = 2100.(25 - t)\,{\rm{J}}\)
Sau khi nước đá tan hoàn toàn, lượng nhiệt cần thiết để làm nước đá (sau khi tan) tăng từ 0°C lên nhiệt độ cân bằng t: \({Q_3} = {m_d}.{c_n}.t = 0,15.4200.t = 630.t\,{\rm{J}}\)
Phương trình cân bằng nhiệt:
\(\begin{array}{l}{Q_n} = {Q_1} + {Q_2} + {Q_3} \Rightarrow 2100.(25 - t) = 1575 + 50100 + 630.t\\ \Rightarrow t = \frac{{825}}{{2730}} \approx 0,302\,({\rm{^\circ C}})\end{array}\)
Đáp án: 0,302
Các bài tập cùng chuyên đề
Khi vật bắt đầu nóng chảy phải tiếp tục cung cấp nhiệt lượng cho vật để vật nóng chảy hoàn toàn. Nhiệt lượng này phụ thuộc vào những đại lượng nào?
1. Tại sao khi chế tạo các vật bằng chì, đồng, thường hay dùng phương pháp đúc?
2. Tính thời gian cần thiết để làm nóng chảy hoàn toàn 2 kg đồng có nhiệt độ ban đầu 30 °C, trong một lò nung điện có công suất 20 000 W. Biết chỉ có 50% năng lượng tiêu thụ của lò được dùng vào việc làm đồng nóng lên và nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ không đổi
Hãy trả lời các câu hỏi sau:
- Từ công thức (5.3), hãy cho biết cần đo đại lượng nào để xác định nhiệt nóng chảy riêng của nước đá?
- Nhiệt lượng làm các viên nước đá trong nhiệt lượng kế nóng chảy được lấy từ đâu?
- Nhiệt lượng nước đá thu được trong bình nhiệt lượng kế được xác định bằng cách nào?
- Mô tả các bước tiến hành thí nghiệm.
Từ kết quả thí nghiệm thu được thực hiện yêu cầu sau:
- Vẽ đồ thị sự phụ thuộc nhiệt độ t theo thời gian τ
- Vẽ hai đường thẳng đi gần nhất các điểm trên đồ thị (tham khảo Hình 5.1).
- Chọn điểm M là giao điểm của hai đường thẳng, đọc giá trị τM
- Tính công suất trung bình \(\overline P \) của dòng điện qua diện trở trong nhiệt lượng kế.
- Tính nhiệt nóng chảy riêng của nước đá theo công thức:
\({\lambda _{{H_2}O}} = \frac{{\overline P {\tau _M}}}{m}\)
Trong đó \(\overline P {\tau _M}\)là nhiệt lượng do dòng điện qua điện trở toa ra trong thời gian τM và m là khối lượng nước đá.
- Xác định sai số của phép đo nhiệt nóng chảy riêng của nước đá.
- So sánh giá trị nhiệt nóng chảy riêng của nước đá đo được với giá trị ở Bảng 5.1 và giải thích nguyên nhân gây ra sự sai khác (nếu có).
Dựa vào cơ sở lí thuyết và các dụng cụ gợi ý, hãy để xuất phương án thí nghiệm đo nhiệt nóng chảy riêng của nước đá theo các gợi ý sau:
- Xác định các đại lượng trung gian cần đo và dụng cụ để đo các đại lượng này.
- Cách bố trí thí nghiệm và các bước tiến hành thí nghiệm.
- Dự kiến kết quả cần thu thập và xử lí số liệu.
Để xuất phương án khắc phục sai số giữa kết quả nhiệt nóng chảy riêng của nước đá vừa đo được với giá trị trong Bảng 1.2 (trang 11).
Xác định nhiệt lượng cần cung cấp để nung nóng chảy hoàn toàn 1 tấn đồng từ 25 °C. Sử dụng số liệu nhiệt dung riêng ở Bảng 4.1 và cho biết nhiệt nóng chảy riêng của đồng là 180.103 J/kg.
Để xác định nhiệt nóng chảy riêng của một chất bằng thực nghiệm, cần đo được những đại lượng nào?
Với số liệu như trong Bảng 4.3 thì nhiệt lượng đã cung cấp cho nước đá là bao nhiêu?
Vì sao khối lượng nước đá nóng chảy do nhận nhiệt lượng từ dây điện trở của nhiệt lượng kế được xác định là (M- 2m)?
Nêu cách xác định khối lượng nước đá đã tan chảy m sau thời gian t ở bước 1
Dụng cụ
Biến áp nguồn (1).
Oát kế (2).
Nhiệt lượng kế kèm dây điện trở (3).
Cốc (4) và cân (5).
Đồng hồ bấm giây (6)
Phương án thí nghiệm
Tìm hiểu công dụng của các dụng cụ nêu trên.
Lập phương án thí nghiệm với các dụng cụ đó.
Tiến hành
Sau đây là một phương án thí nghiệm với các dụng cụ nêu trên.
Lắp các dụng cụ theo sơ đồ Hình 4.4, oát kế được nối với biến áp nguồn và với nhiệt lượng kế
Bước 1
Cho nước đá vào nhiệt lượng kế và hứng nước chảy ra bằng một chiếc cốc.
Sau khi nước chảy vào cốc khoảng một phút, cho nước chảy vào cốc (4) (ở trên cân) trong thời gian t phút, xác định khối lượng m của nước trong cốc này.
Bước 2
Bật biến áp nguồn
Đọc số chỉ P của oát kế.
Cho nước chảy thêm vào cốc trong thời gian t.
Xác định khối lượng M của nước trong cốc lúc này.
Ghi các số liệu theo mẫu Bảng 4.3.
- Xác định nhiệt nóng chảy riêng của nước đá bằng công thức:
\(\lambda = \frac{{Pt}}{{M - 2m}}\)
- So sánh kết quả thu được với giá trị ở Bảng 4.4, giải thích sự khác nhau giữa hai giá trị đó
Điều nào sau đây là sai khi nói về nhiệt nóng chảy?
Điều nào sau đây là sai khi nói về nhiệt nóng chảy riêng?
Chọn câu trả lời đúng. Nhiệt nóng chảy riêng của vàng là \(62,{8.10^3}\,\,J/kg\).
Nhiệt nóng chảy riêng của vật rắn có đơn vị là:
2kg nước đá ở nhiệt độ 0°C cần nhiệt lượng cung cấp là bao nhiêu để chuyển lên nhiệt độ 60°C, biết nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.K, nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.105 J/kg.K.
Người ta thả một cục nước đá khối lượng 80g ở 0oC vào một cốc nhôm đựng 0,4 kg nước ở 20oC đặt trong nhiệt lượng kế. Khối lượng của cốc nhôm là 0,2 kg. Tính nhiệt độ của nước trong cốc nhôm khi cục nước vừa tan hết. Biết nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.105 J/kg, nhiệt dung riêng của nhôm là 880 J/kg.K và của nước là 4200 J/kg.K. Bỏ qua sự mất mát nhiệt độ do nhiệt truyền ra bên ngoài nhiệt lượng kế.
Nhiệt lượng cần cung cấp cho 0,2 kg vàng nóng chảy ở nhiệt độ nóng chảy là bao nhiêu? Biết nhiệt nóng chảy riêng của vàng là 0,64.105 J/kg.
2kg nước đã ở nhiệt độ 0oC cần nhiệt lượng cung cấp là bao nhiêu để chuyển lên nhiệt độ 60oC biết nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kgK, nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.105 J/kg.K.
Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho 5 kg nước đá ở -10°C chuyển thành nước ở 0°C. Cho biết nhiệt dung riêng của nước đá là 2090 J/kg.K và nhiệt nóng chảy riêng của nước đá 3,4.105 J/kg.
Tính nhiệt lượng Q cần cung cấp để làm nóng chảy 100g nước đá ở 0°C. Biết nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.105J/kg
Nhiệt nóng chảy riêng của đồng là 1,8.105 J/kg. Câu nào dưới đây là đúng?
Câu nào dưới đây là không đúng khi nói về sự nóng chảy của các chất rắn?
Tính nhiệt lượng Q cần cung cấp để làm nóng chảy 100g nước đá ở −20°C. Biết nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.105 J/kg và nhiệt dung của nước đá là 2,1.103 J/kg.K
Tính nhiệt lượng Q cần cung cấp để làm nóng chảy 500g nước đá ở 0 °C. Biết nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.105 J/kg
Để xác định nhiệt nóng chảy của thiếc, người ta đổ 350 g thiếc nóng chảy ở nhiệt độ 232°C vào 330 g nước ở 7°C đựng trong một nhiệt lượng kế có nhiệt dung bằng 100 J/K. Sau khi cân bằng nhiệt, nhiệt độ của nước trong nhiệt lượng kế là 32°. Tính nhiệt nóng chảy của thiếc. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4,2 J/g.K, của thiếc rắn là 0,23 J/g.K
Nhiệt lượng cần thiết để làm 1 kg của chất chuyển hoàn toàn từ thể lỏng sang thể khí ở nhiệt độ xác định được gọi là
A. nhiệt dung riêng.
C. Nhiệt nóng chảy riêng.
B. nhiệt hóa hơi riêng.
D. nhiệt hoá hơi.
Một ca nhôm có khối lượng 0,300 kg chứa 2,00 kg nước. Cho nhiệt dung riêng của nước và nhôm lần lượt là 4,20.102 J/kg.K và 8,80.102 J/kg.K. Nhiệt lượng cần để đun nóng nước từ 10,0 °C đến 70,0 °C có giá trị gần nhất với giá trị nào sau đây?
A. 504 kJ.
B. 15,8 kJ.
C. 520 kJ.
D. 619 kJ.
\(\lambda \)Đề bài:
Nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 334.103 J/kg. Năng lượng được hấp thụ bởi 10,0 g nước đá để chuyển hoàn toàn từ thể rắn sang thể lỏng là
A. 3,34.103 J.
B. 334.104 J.
C. 334.101 J.
D. 334.102 J.
