Để đúc các vật bằng thép, người ta phải nấu chảy thép trong lò. Thép đưa vào lò có nhiệt độ \({{\rm{t}}_1} = {20^ \circ }{\rm{C}}\), Để cung cấp nhiệt lượng, người ta đã đốt hết \({{\rm{m}}_{\rm{t}}} = 200{\rm{\;kg}}\) than đá có năng suất tỏa nhiệt là \({{\rm{q}}_{\rm{t}}} = {29.10^6}{\rm{\;J}}/{\rm{kg}}\). Cho biết thép có nhiệt nóng chảy \(\lambda = 83,{7.10^3}{\rm{\;J}}/{\rm{kg}}\), nhiệt độ nóng chảy là \({{\rm{t}}_2} = {1400^ \circ }{\rm{C}}\), nhiệt dung riêng ở thể rắn là \({\rm{c}} = 0,46{\rm{\;kJ}}/{\rm{kg}}.{\rm{K}}\).
a) Hiệu suất của lò là \(60{\rm{\% }}\), có nghĩa là \(60{\rm{\% }}\) nhiệt lượng cung cấp cho lò được dùng vào việc đun nóng thép cho đến khi thép nóng chảy.
b) Nhiệt lượng than đá (toả ra) cung cấp để nấu chảy thép được xác định bởi biểu thức \({Q_{{\rm{toa\;}}}} = {m_{\rm{t}}}{{\rm{q}}_{\rm{t}}}\).
c) Nhiệt lượng phải nấu chảy thép (thu vào) được xác định bởi biểu thức \({{\rm{Q}}_{{\rm{thu\;}}}} = {\rm{mc}}\left( {{\rm{t}} - {{\rm{t}}_1}} \right) + \lambda {\rm{m}}\).
d) Khối lượng của mẻ thép bị nấu chảy xấp xĩ bằng 4 tấn.
a) Hiệu suất của lò là \(60{\rm{\% }}\), có nghĩa là \(60{\rm{\% }}\) nhiệt lượng cung cấp cho lò được dùng vào việc đun nóng thép cho đến khi thép nóng chảy.
b) Nhiệt lượng than đá (toả ra) cung cấp để nấu chảy thép được xác định bởi biểu thức \({Q_{{\rm{toa\;}}}} = {m_{\rm{t}}}{{\rm{q}}_{\rm{t}}}\).
c) Nhiệt lượng phải nấu chảy thép (thu vào) được xác định bởi biểu thức \({{\rm{Q}}_{{\rm{thu\;}}}} = {\rm{mc}}\left( {{\rm{t}} - {{\rm{t}}_1}} \right) + \lambda {\rm{m}}\).
d) Khối lượng của mẻ thép bị nấu chảy xấp xĩ bằng 4 tấn.
Vận dụng kiến thức về nhiệt lượng
a) Đúng. Hiệu suất của lò là \(60{\rm{\% }}\), có nghĩa là \(60{\rm{\% }}\) nhiệt lượng cung cấp cho lò được dùng vào việc đun nóng thép cho đến khi thép nóng chảy
b) Đúng. Nhiệt lượng than đá (toả ra) cung cấp để nấu chảy thép \({{\rm{Q}}_{{\rm{toa\;}}}} = {{\rm{m}}_{\rm{t}}}{{\rm{q}}_{\rm{t}}}\)
c) Đúng. Nhiệt lượng phải nấu chảy thép \({{\rm{Q}}_{{\rm{thu\;}}}} = {\rm{mc}}\left( {{\rm{t}} - {{\rm{t}}_1}} \right) + \lambda {\rm{m}}\)
d) Sai.
Do hiệu suất \(60{\rm{\% }}\) nên \({Q_{{\rm{thu\;}}}} = {\rm{m}}{{\rm{c}}_1}\left( {{\rm{t}} - {{\rm{t}}_1}} \right) + \lambda {\rm{m}} = 0,6{{\rm{Q}}_{{\rm{toa\;}}}} \Leftrightarrow {{\rm{m}}_1}{{\rm{c}}_1}\left( {{\rm{t}} - {{\rm{t}}_1}} \right) + \lambda {{\rm{m}}_1} = 0,6{\rm{\;}}{{\rm{m}}_{\rm{t}}}{{\rm{q}}_{\rm{t}}}\)
\( \Rightarrow {\rm{m}} = \frac{{0,6{\rm{m}}{{\rm{q}}_{\rm{t}}}}}{{{{\rm{c}}_1}\left( {{\rm{t}} - {{\rm{t}}_1}} \right) + \lambda }} = \frac{{0,6 \cdot 200 \cdot 29 \cdot {{10}^6}}}{{0,46 \cdot {{10}^3} \cdot \left( {1400 - 20} \right) + 83,7 \cdot {{10}^3}}} \approx 4843{\rm{\;kg}} \approx 4,8\) tấn.
Các bài tập cùng chuyên đề
Nhiệt lượng cần để làm nóng 1 kg nước lên thêm 1℃ khác với nhiệt lượng cần để làm nóng 1 kg rượu lên 1℃. Đại lượng vật lí nào có thể dùng để mô tả sự khác biệt như trên của các chất khác nhau?
Hãy tìm ví dụ trong đời sống để minh họa cho nội dung trên
1. Biết nhiệt dung riêng của nước lớn gấp hơn hai lần của dầu, tại sao trong bộ tản nhiệt (làm mát) của máy biến thế, người ta lại dùng dầu mà không dùng nước như trong bộ tản nhiệt của động cơ nhiệt?
2. Hãy dựa vào giá trị của nhiệt dung riêng của nước và của đất trong Bảng 4.1 để giải thích tại sao ban ngày có gió mát thổi từ biển vào đất liền, ban đêm có gió ấm thổi từ đất liền ra biển.
3. Một thùng đựng 20 lít nước ở nhiệt độ 20 °C. Cho khối lượng riêng của nước là 1 000 kg/m3.
a) Tính nhiệt lượng cần truyền cho nước trong thùng để nhiệt độ của nó tăng lên tới 70 °C.
b) Tính thời gian truyền nhiệt lượng cần thiết nếu dùng một thiết bị điện có công suất 2,5 kW để đun lượng nước trên. Biết chỉ có 80% điện năng tiêu thụ được dùng để làm nóng nước
Hãy trả lời các câu hỏi sau:
- Từ hệ thức (4.3), cho biết cần đo đại lượng nào để xác định nhiệt dung riêng của nước?
- Nhiệt lượng mà nước trong bình nhiệt lượng kế thu được lấy từ đâu?
- Xác định nhiệt lượng mà nước thu được bằng cách nào?
- Mô tả các bước tiến hành thí nghiệm.
- Vẽ đồ thị nhiệt độ t theo thời gian τ và vẽ đường thẳng đi gần nhất các điểm thực nghiệm (tham khảo Hình 4.2).
- Chọn hai điểm M, N trên đồ thị, xác định các giá trị thời gian τM, τN và nhiệt độ tM , tN tương ứng
Từ kết quả thí nghiệm thu được, thực hiện yêu cầu sau:
- Tính giá trị trung bình của công suất dòng điện.
- Tính nhiệt dung riêng của nước theo hệ thức:
\({c_{{H_2}O}} = \frac{Q}{{m\Delta t}} = \frac{{\overline P ({\tau _N} - {\tau _M})}}{{m({t_N} - {t_M})}}\)
- Xác định sai số của phép đo nhiệt dung riêng của nước.
- So sánh kết quả đo với nhiệt dung riêng của nước ở Bảng 4.1 và giải thích tại sao có sự sai khác (nếu có).
Nhiệt dung riêng, nhiệt nóng chảy riêng, nhiệt hóa hơi riêng là các đại lượng vật lí đặc trưng cho một chất khí khi trao đổi nhiệt và chuyển giữa các thể. Giá trị của các đại lượng trên được các nhà khoa học xác định thông qua thực nghiệm. Vậy các đại lượng trên được đo như thế nào thông qua các dụng thí nghiệm đơn giản ở trường phổ thông?
Dựa vào cơ sở lí thuyết và các dụng cụ gợi ý, hãy để xuất phương án thí nghiệm đo nhiệt dung riêng của nước 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 tiền 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 dung riêng của nước vừa đo được với giá trị trong Bảng 3.1 (trang 23).
Để xuất phương án và thực hiện phương án đo nhiệt dung riêng của một khối kim loại (đồng hoặc nhôm) bằng các dụng cụ thông dụng ở phòng thí nghiệm.
Trong đời sống hằng ngày và nhiều lĩnh vực sản xuất, người ta thường phải cung cấp năng lượng để làm nóng vật hoặc tạo ra sự chuyển thể của các chất.
Nhiệt lượng cần truyền cho một vật để nó nóng lên hoặc chuyển thể phụ thuộc vào những yếu tố nào và có thể được xác định như thế nào?
Lấy ví dụ cho thấy nhiệt lượng cần cung cấp để đun nóng vật có liên hệ với khối lượng, nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ vật đạt được sau khi đun.
Từ hệ thức (4.1), chứng tỏ rằng đơn vị đo của nhiệt dung riêng là J/kg.K.
Sử dụng số liệu trong Bảng 4.1, giải thích vì sao thanh đồng tăng nhiệt độ nhanh hơn cốc nước có cùng khối lượng.
Tính nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt độ của một miếng nhôm có khối lượng 810 g từ 20 °C lên 75 °C. Nhiệt dung riêng của nhôm là 880 J/kg.K.
Để xác định nhiệt dung riêng của một chất bằng thực nghiệm thì cần đo những đại lượng nào?
Nhiệt lượng cung cấp cho nước được xác định qua công suất của nhiệt lượng kế như thế nào?
Dụng cụ
Biến áp nguồn (1).
Nhiệt lượng kể kèm dây điện trở (2).
Nhiệt kế (3).
Oát kế (4).
Đồng hồ bấm giây (5).
Phương án thí nghiệm
Tìm hiểu công dụng của các dụng cụ nêu trên.
Lập phương án thí nghiệm với các dụng cụ đó.
Coi rằng khi đun, năng lượng được truyền hoàn toàn cho nước trong nhiệt lượng kế.
Tiến hành
Sau đây là một phương án thí nghiệm với các dụng cụ nêu trên.
Lắp các dụng cụ theo sơ đồ nguyên lí Hình 4.2.
Đo nhiệt độ nước trước khi đun.
Bật biến áp nguồn.
Đọc số chỉ P của oát kế.
Sau mỗi 3 phút, đọc và ghi các số liệu theo mẫu Bảng 4.2.
Kết quả
- Vẽ đồ thị nhiệt độ của nước theo thời gian đun.
- Xác định nhiệt dung riêng của nước qua độ dốc của đồ thị.
- Xác định nhiệt dung riêng của nước bằng công thức:
\(c = \frac{{P.\Delta t}}{{m.\Delta T}}\)
- Tính sai số tuyệt đối của phép đo nhiệt dung riêng của nước.
- So sánh giá trị nhiệt dung riêng xác định bằng hai cách đã thực hiện
Giải thích tại sao có thể xác định được nhiệt dung riêng của nước qua độ dốc của đồ thị nhiệt độ - thời gian đun theo phương án thí nghiệm đã thực hiện
Với số liệu được cho ở Bảng 4.2 thì nhiệt dung riêng của nước xác định được là bao nhiêu
So sánh nhiệt dung riêng của thịt và của khoai tây, biết rằng khi cùng múc ra từ nồi canh hầm thì miếng thịt nguội nhanh hơn miếng khoai tây cùng khối lượng.
Người ta thực hiện thí nghiệm xác định nhiệt dung riêng của đồng với một miếng đồng kim loại có khối lượng 850 g. Lúc đầu, nhiệt độ của miếng đồng là 12 °C. Ghi lại thời gian từ khi bật bộ phận đốt nóng đến khi nhiệt độ miếng đồng tăng tới 30 °C. Sau đó, miếng đồng được làm nguội về nhiệt độ ban đầu và thí nghiệm được lặp lại nhưng thay đổi công suất đốt nóng. Kết quả đo được như sau:
Theo kết quả của thí nghiệm này, nhiệt dung riêng của đồng là bao nhiêu?
Một ấm đun nước có công suất 500 W chứa 300 g nước ở 20 °C. Cho nhiệt dung riêng và nhiệt hóa hơi riêng của nước lần lượt là 4 180 J/kg.K và 2,0.105 J/kg.
a) Tính thời gian cần thiết để đun nước trong ấm đạt đến nhiệt độ sôi.
b) Sau khi nước đến nhiệt độ sôi, người ta để ấm tiếp tục đun nước sôi trong 2 phút. Tính khối lượng nước còn lại trong ẩm và chỉ rõ điều kiện để thực hiện các tính toán đó.
Một bình đun nước nóng bằng điện có công suất 9,0 kW. Nước ở 15 °C được làm nóng khi đi qua buồng đốt của bình. Nước chảy qua buồng đốt với lưu lượng 5,8.10-3 kg/s. Nhiệt độ của nước khi đi vào buồng đốt là 15 °C. Cho nhiệt dung riêng của nước là 4 180 J/kg.K.
a) Tính nhiệt độ của nước khi ra khỏi buồng đốt.
b) Việc tính nhiệt độ ở câu a) được xét trong điều kiện lí tưởng nào?
c) Hãy nêu cách để có thể điều chỉnh nhiệt độ của nước ra khi khỏi buồng đốt.
Nhiệt lượng mà vật nhận được hay tỏa ra phụ thuộc vào:
Có 4 bình A, B, C, D đều đựng nước ở cùng một nhiệt độ với thể tích tương ứng là 1 lít, 2 lít, 3 lít, 4 lít. Sau khi dùng các đèn cồn giống hệt nhau để đun các bình này trong 8 phút ta thấy các nhiệt độ trong các bình này khác nhau. Hỏi bình nào có nhiệt độ cao nhất?
Gọi t là nhiệt độ lúc sau, t0 là nhiệt độ lúc đầu của vật. Công thức nào là công thức tính nhiệt lượng mà vật thu vào?
Nhiệt dung riêng của đồng lớn hơn chì. Vì vậy để tăng nhiệt độ của 3 kg đồng và 3 kg chì thêm 15°C thì:
Chọn câu đúng khi nói về nhiệt dung riêng?
Chọn phương án sai:
