Làng Trà Đông, xưa kia gọi là Sơn Trang, tên nôm là Kẻ Chè, một vùng đất cổ cách tỉnh lỵ Thanh Hóa
20/28
Làng Trà Đông, xưa kia gọi là Sơn Trang, tên nôm là Kẻ Chè, một vùng đất cổ cách tỉnh lỵ Thanh Hóa 12 km về phía Tây Bắc (nay thuộc xã Thiệu Trung, huyện Thiệu Hóa, tỉnh Thanh Hóa) nằm trong địa vực của nền văn hóa Đông Sơn vốn nổi tiếng với nghề đúc đồng. Ở một cơ sở đúc đồng tại làng Trà Đông, người ta tiến hành đúc một quả chuông bằng đồng nguyên chất có khối lượng 20 kg qua 6 bước sau đây:
1. Tạo mẫu
2. Tạo khuôn.
3. Nấu chảy đồng.
4. Rót khuôn.
5. Làm nguội và tách sản phẩm khỏi khuôn.
6. Hoàn thiện sản phẩm.
Biết đồng có nhiệt độ nóng chảy là \({1084^ \circ }{\rm{C}}\), nhiệt nóng chảy riêng là \(180{\rm{\;kJ}}/{\rm{kg}}\), nhiệt dung riêng là \(380{\rm{\;J}}/{\rm{kgK}}\), nhiệt độ ban đầu của môi trường và hỗn hợp nguyên liệu là \({31^ \circ }{\rm{C}}\). Biết trong quá trình đúc có \(40{\rm{\% }}\) lượng nhiệt bị hao phí ra môi trường. Xét tính đúng/sai trong các phát biểu sau:
a) Biết năng suất tỏa nhiệt của than đá là \(27{\rm{MJ}}/{\rm{kg}}\). Khối lượng than đá ít nhất có thể dùng để đúc được quả chuông đồng là \(7,20{\rm{\;kg}}\). (Làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần trăm).
b) Cần cung cấp nhiệt lượng \(11,6{\rm{MJ}}\) cho lượng đồng dùng để đúc chuông nóng chảy hoàn toàn từ nhiệt độ ban đầu. (Làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần mười).
c) Quá trình nóng chảy diễn ra trong bước 5.
d) Cơ sở này dùng nhiên liệu hóa thạch để đun nóng chảy đồng, nên nếu thiết kế ống khói của cơ sở đúc đồng này không đạt tiêu chuẩn thì sẽ làm ảnh hưởng lớn đến môi trường và sức khỏe của người dân.
Phương pháp:
- Chuông đồng cần cung cấp nhiệt lượng để chuông tăng đến nhiệt độ nóng chảy và nóng chảy hoàn toàn: \(Q = mc{\rm{\Delta }}t + m\lambda \).
Hiệu suất của quá trình đúc: \(H = \frac{Q}{{{Q_t}}}\)
Khối lượng của than: \({m_t} = \frac{{{Q_t}}}{q}\).
Cách giải:
+ Nhiệt lượng cần cung cấp để lượng đồng trên nóng chảy hoàn toàn là:
\(Q = mc{\rm{\Delta }}t + m\lambda = 20.380.\left( {1084 - 31} \right) + {20.180.10^3}\)
\( \to Q = 11602800\left( J \right) \approx 11,6\left( {MJ} \right)\)
\( \to \) b đúng.
+ Nhiệt lượng than đá cần dùng là:
\({Q_t} = \frac{Q}{H} = \frac{{11602800}}{{1 - 0,4}} = 19338000\left( {\rm{J}} \right)\)
\({m_t} = \frac{{{Q_t}}}{q} = \frac{{19338000}}{{{{27.10}^6}}} \approx 0,716\left( {{\rm{kg}}} \right)\)
\( \to \) a sai.
+ Quá trình nóng chảy diễn ra trong bước 3.
\( \to \) c sai.
+ Do dùng nhiên liệu hoá thạch để đun nóng chảy đồng, nên nếu thiết kế ống khói của cơ sở đúc đồng này không đạt tiêu chuẩn thì sẽ làm ảnh hưởng lớn đến môi trường và sức khỏe của người dân.
\( \to \) d đúng.