Một học sinh làm thí nghiệm đo nhiệt hoá hơi riêng của nước tại nhà như sau
20/28
Một học sinh làm thí nghiệm đo nhiệt hoá hơi riêng của nước tại nhà như sau. Đổ 380 g nước ở nhiệt độ phòng 20°C vào đun sôi trong một ấm điện chuyên dụng như hình vẽ. Các thông số kĩ thuật của ấm điện được cho như bảng 1 .
|
| ||||||||||
| Bảng 1: Thông số kĩ thuật của ấm điện |
Ngoài ra, học sinh còn dùng cân điện tử để cân lượng nước còn lại trong ấm và dùng đồng hồ để đo thời gian đun. Khi nước sôi ở 100°C thì học sinh mở nắp ấm cho hơi nước dễ bay ra và bắt đầu ghi lại số liệu khi lượng nước còn lại trong ấm là 350 g . Đồ thị sự phụ thuộc của khối lượng nước m còn lại trong ấm vào thời gian đun \(\tau \) như đồ thị bên dưới.
Biết rằng khi nước chưa sôi thì hiệu suất đun nước của ấm bằng \(96\% \) còn khi nước sôi thì hiệu suất ấm đun giảm xuống còn \(92\% \), nhiệt dung riêng của nước là \(4200\;{\rm{J}}/{\rm{kg}}\).K.
Nếu khi nước sôi không mở nắp ấm thì thời gian để đun cạn nước trong ấm sẽ tăng lên.
Độ hụt khối lượng của nước trong ấm sau mỗi giây bằng \(0,34\;{\rm{g}}/{\rm{s}}\). (Làm tròn kết quả đến hai chữ số sau dấu phẩy thập phân).
Nhiệt hoá hơi riêng của nước trong thí nghiệm này bằng \(2,33{\rm{MJ}}/{\rm{kg}}\). (Làm tròn kết quả đến hai chữ số sau dấu phẩy thập phân).
Tổng thời gian đun nước đến khi cạn bằng \(556,39\;{\rm{s}}\). (Làm tròn kết quả đến hai chữ số sau dấu phẩy thập phân).
a) Đúng. Nếu khi nước sôi không mở nắp ấm thì thời gian để đun cạn nước trong ấm sẽ tăng lên do đậy nắp ấm làm cho hơi nước thoát ra ngoài khó hơn nên việc hoá hơi gặp khó khăn hơn.
b) Sai. Từ đồ thị ta thấy:
Khi \({{\rm{m}}_1} = 350\;{\rm{g}}\) thì \({\tau _1} = 0\;{\rm{s}}\).
Khi \({{\rm{m}}_2} = 200\;{\rm{g}}\) thì \({\tau _2} = 220\;{\rm{s}}\).
Độ hụt khối lượng của nước trong ấm sau mỗi giây bằng: \(\frac{{\Delta {\rm{m}}}}{{\Delta \tau }} = \frac{{350 - 200}}{{220}} \approx 0,68\;{\rm{g}}/{\rm{s}}\).
c) Sai
Năng lượng ấm toả ra: \({\rm{A}} = {\rm{P}} \cdot \left( {{\tau _2} - {\tau _1}} \right) = 1700.220 = 374000\;{\rm{J}}\)
Năng lượng nước thu vào trong quá trình bay hơi: \({\rm{Q}} = {\rm{HA}} = 0,92.374000 = 344080\;{\rm{J}}\)
\({\rm{L}} = \frac{{\rm{Q}}}{{\;{{\rm{m}}_1} - {{\rm{m}}_2}}} = \frac{{344080}}{{0,35 - 0,2}} \approx 2293867\;{\rm{J}}/{\rm{kg}} \approx 2,29{\rm{MJ}}/{\rm{kg}}\)
d) Sai.
Nhiệt lượng 380 g nước thu vào để tăng đến nhiệt độ sôi:
\({Q_1} = mc\Delta T = 0,38 \cdot 4200.(100 - 20) = 127680\;{\rm{J}}.\)
Thời gian bếp đun từ lúc sôi đến khi bay hơi hết: \({{\rm{t}}_1} = \frac{{{{\rm{A}}_1}}}{{{{\rm{P}}_1}}} = \frac{{\frac{{{{\rm{Q}}_1}}}{{{{\rm{H}}_1}}}}}{{{{\rm{P}}_1}}} = \frac{{\frac{{127680}}{{0,96}}}}{{2500}} = 53,2\;{\rm{s}}\).
Nhiệt lượng 380 g nước thu vào để bay hơi hoàn toàn 380 g ở nhiệt độ sôi là:
\({{\rm{Q}}_2} = {\rm{m}} \cdot \;{\rm{L}} = 0,38.2293867 = 871669\;{\rm{J}}\)
Thời gian bếp đun từ lúc sôi đến khi bay hơi hết: \({{\rm{t}}_2} = \frac{{{{\rm{A}}_2}}}{{{{\rm{P}}_2}}} = \frac{{\frac{{{{\rm{Q}}_2}}}{{{{\rm{H}}_2}}}}}{{{{\rm{P}}_2}}} = \frac{{\frac{{871669}}{{0,92}}}}{{1700}} = 557\),3s.
Tổng thời gian đun nước: \({\rm{t}} = {{\rm{t}}_1} + {{\rm{t}}_2} = 53,2 + 557,3 = 610,5\;{\rm{s}}\)