Một học sinh tiến hành đun một khối nước đá đựng trong nhiệt lượng kế từ 0 độ C đến khi tan chảy hết thành nước và hóa hơi ở 100 độ C. Hình bên là đồ thị biểu
24/28
Một học sinh tiến hành đun một khối nước đá đựng trong nhiệt lượng kế từ \({0^ \circ }{\rm{C}}\) đến khi tan chảy hết thành nước và hóa hơi ở \({100^ \circ }{\rm{C}}\). Hình bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt lượng mà khối nước đá nhận được từ lúc đun đến lúc bay hơi và sự thay đổi nhiệt độ của nó. Lấy nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là \(3,{3.10^5}{\rm{\;J}}/{\rm{kg}}\) và nhiệt dung riêng của nước là \(4200{\rm{\;J}}/{\rm{kg}}.{\rm{K}}\), nhiệt hóa hơi riêng của nước là \(2,{3.10^6}{\rm{\;J}}/{\rm{kg}}\), bỏ qua nhiệt dung của nhiệt lượng kế và sự trao đổi nhiệt với môi trường.
Trong đoạn BC trên đồ thị, khối nước nhận nhiệt lượng để thực hiện quá trình hóa hơi.
Giai đoạn OA nhiệt độ không đổi nên nội năng của nước đá không đổi.
Tại điểm A trên đồ thị khối nước đá vừa nóng chảy hết.
Tại điểm C lượng nước còn lại là 60 g.
a) Tại nhiệt độ \({100^ \circ }{\rm{C}}\), nước bắt đầu sôi và chuyển từ thể lỏng sang thể khí. Đoạn BC trên đồ thị là đường nằm ngang, cho thấy nhiệt độ không đổi trong khi khối nước vẫn nhận nhiệt lượng. Nhiệt lượng này được dùng hoàn toàn cho quá trình hóa hơi.
⇒ a đúng.
b) Giai đoạn OA tương ứng với quá trình nước đá nóng chảy ở \({0^ \circ }{\rm{C}}\).
Dù nhiệt độ không đổi nhưng hệ vẫn đang nhận nhiệt lượng từ bên ngoài. Nhiệt lượng này làm tăng thế năng tương tác giữa các phân tử, qua đó làm nội năng của khối nước đá tăng lên.
⇒ b sai.
c) Đoạn OA là quá trình nóng chảy. Tại điểm O, nước đá bắt đầu nóng chảy. Khi đến điểm A, quá trình nóng chảy kết thúc, toàn bộ khối lượng nước đá đã chuyển thành nước ở \({0^ \circ }{\rm{C}}\).
⇒ Tại điểm A trên đồ thị khối nước đá vừa nóng chảy hết.
⇒ c đúng.
d) Gọi m là tổng khối lượng của khối nước đá ban đầu.
Nhiệt lượng cần cung cấp để nước đá tan hoàn toàn (đoạn OA ) là: \({Q_{OA}} = m.\lambda \)
Nhiệt lượng cần cung cấp để nước tăng nhiệt độ từ \({0^ \circ }C\) đến \({100^ \circ }C\) (đoạn AB ) là:
\({Q_{AB}} = m.c.{\rm{\Delta }}t = m.c.\left( {100 - 0} \right) = 100.m.c\)
Tổng nhiệt lượng hệ nhận được tính đến điểm B là:
\({Q_B} = {Q_{OA}} + {Q_{AB}} = m.\lambda + 100.m.c\)
Dựa vào đồ thị, tại điểm \({\rm{B}}:{Q_B} = 120kJ = 120000J\).
\( \Rightarrow m.3,{3.10^5} + 100.m.4200 = 120000\)
\( \Rightarrow m = 0,16{\rm{kg}} = 160{\rm{g}}\)
Nhiệt lượng nước nhận vào để hóa hơi trong đoạn BC là:
\({Q_{BC}} = {Q_C} - {Q_B} = 258 - 120 = 138{\rm{\;kJ}} = 138000J\).
Gọi \({\rm{m'}}\) là khối lượng nước đã hóa hơi thành hơi nước. Ta có:
\({Q_{BC}} = m'.L \Rightarrow 138000 = m'.2,{3.10^6}\)
\( \Rightarrow {\rm{m'}} = 0,06{\rm{\;kg}} = 60{\rm{\;g}}\).
Lượng nước còn lại ở thể lỏng tại điểm C là:
\({m_{cl}} = m - m' = 160 - 60 = 100\left( g \right)\).
⇒ d sai.
Đáp án: Đ, S, Đ, S