Một bạn học sinh làm thí nghiệm, lấy 1,2 kg nước đá (dạng viên nhỏ) trong tủ đông nơi có nhiệt độ –18 °C để đưa vào đun trong một bình điện đun nước (bình điện) chuyên dụng có thành bằng thủy
22/28
Một bạn học sinh làm thí nghiệm, lấy 1,2 kg nước đá (dạng viên nhỏ) trong tủ đông nơi có nhiệt độ –18 °C để đưa vào đun trong một bình điện đun nước (bình điện) chuyên dụng có thành bằng thủy tinh có thể quan sát được bên trong như Hình I.1. Thông số kĩ thuật của bình điện được cho như Bảng I.1.
Bảng I.1. Thông số kĩ thuật của bình điện
Dung tích | 1.7 lít |
Công suất | 2 200 W khi nước chưa sôi; 450 W khi nước sôi |
Điện nguồn | 220 V |
Chất liệu | Vỏ bình bằng thủy tinh có khả năng cách nhiệt tốt, dễ tiếp điện. |
Chế độ an toàn | Tự hạ công suất khi nước sôi và tự ngắt khi cạn nước. |
Khối lượng | 1,5 kg |
Học sinh đo nhiệt độ của nước đá, nước theo thời gian và đồ thị biểu diễn như trong Hình I.2. Biết nhiệt dung riêng và nhiệt nóng chảy riêng của nước đá lần lượt là 2 100 J/(kg.K), 334 000 J/kg; nhiệt hóa hơi riêng của nước là 2,3.10⁶ J/kg. Bình điện được cắm vào nguồn điện 220 V.
Hiệu suất đun nước của bình điện được xem không đổi trong suốt quá trình đun. Bỏ qua sự thoát hơi nước trong quá trình đun nước.
Nhiệt lượng khối nước đá đã nhận vào để nóng chảy hoàn toàn là 400 800 J.
Hiệu suất đun nước của bình điện bằng 90,(18)%.
Nhiệt dung riêng của nước được xác định từ thí nghiệm trên có giá trị bằng 4 225 J/(kg.K).
Nếu bạn học sinh tiếp tục đun nước thì sau khoảng 1,85 giờ bếp tự động tắt (tính từ thời điểm nước bắt đầu sôi; nắp bình được mở trong suốt quá trình hóa hơi).
Khối lượng nước đá: \(m = 1,2{\rm{ kg}}\).
a) Đúng.
Nhiệt lượng cần để nước đá nóng chảy hoàn toàn: \(Q = \lambda m = 334000.1,2 = 400800{\rm{ J}}\).
Vậy ý a đúng.
b) Sai.
Theo các giá trị khớp với đồ thị và các ý sau, hiệu suất phải xấp xỉ \(92,18\% \), không phải \(90,(18)\% \).
Vì vậy ý b sai.
c) Đúng.
Từ đồ thị, nước tăng nhiệt độ từ 0°C đến 100°C trong khoảng từ 220 s đến 470 s, tức:
\(\Delta t = 470 - 220 = 250{\rm{ s}}\).
Dùng hiệu suất xấp xỉ \(H = 92,18\% \): \(Q = H.P.\Delta t = 0,9218.2200.250 \approx 506990{\rm{ J}}\).
Nhiệt dung riêng của nước: \(c = \frac{Q}{{m\Delta T}} = \frac{{506990}}{{1,2.100}} \approx 4225{\rm{ J/(kg}}{\rm{.K)}}\).
Vậy ý c đúng.
d) Đúng.
Khi nước đã sôi, bình điện hạ công suất xuống 450 W.
Nhiệt lượng cần để hóa hơi hết 1,2 kg nước: \(Q = mL = 1,2.2,{3.10^6} = 2,{76.10^6}{\rm{ J}}\).
Thời gian hóa hơi: \(t = \frac{Q}{{H.P}} = \frac{{2,{{76.10}^6}}}{{0,9218.450}} \approx 6655{\rm{ s}}\).
Đổi ra giờ: \(t \approx \frac{{6655}}{{3600}} \approx 1,85{\rm{ h}}\).
Vậy ý d đúng.