35 bài tập Chương 1. Vật lí nhiệt có lời giải

Hình vẽ dưới biểu diễn mô hình cấu tạo phân tử của ba chất A, B và C.

Từ mô hình đã cho, hãy cho biết chất nào là chất rắn? Vì sao?

Một chất rắn có khối lượng 1 kg được nung nóng với tốc độ không đổi. Sự thay đổi nhiệt độ của vật theo nhiệt lượng cung cấp cho vật được thể hiện như hình vẽ. Mô tả các quá trình chuyển đổi trạng thái của vật ứng với các đoạn OA, AB, BC, CD và DE?

Trong thí nghiệm đun nóng một chất, một học sinh thu được đồ thị sự thay đổi của nhiệt độ theo thời gian như hình vẽ dưới.

a) Tại các thời điểm A, B, C và D, chất đó ở thể gì?

b) Nhiệt độ nóng chảy của chất đó là bao nhiêu?

c) Nhiệt độ sôi của chất đó là bao nhiêu?

d) Nhiệt độ thay đổi như thế nào trong quá trình diễn ra sự chuyển thể?

e) Chất đó có phải là nước tinh khiết không? Vì sao?

a) Nhiệt độ phòng khi đang bật điều hoà vào mùa hè là 27^oC. Nhiệt độ đó tương ứng với bao nhiêu độ K?

b) Nhiệt độ vào một ngày mùa hè ở Luân Đôn là 77 °F. Nhiệt độ đó tương ứng với bao nhiêu °C?

Trung tâm nghiên cứu hạt nhân châu Âu (CERN) vận hành một máy gia tốc hạt lớn (Large Hadron Collider) được sử dụng để tăng tốc các hạt. Trong máy gia tốc này có khoảng 9600 nam châm chuyên dụng dùng để gia tốc proton. Các nam châm này được đặt trong môi trường lạnh đến –271,2 °C. Nhiệt độ này tương ứng với bao nhiêu kelvin (K). Biết nhiệt độ trung bình của không gian bên ngoài Trái Đất khoảng 3 K. So sánh giá trị nhiệt độ vừa tính được với nhiệt độ của không gian bên ngoài Trái Đất.

Vào những ngày nắng, nếu bước vào những căn phòng có tường làm bằng kính cường lực bị đóng kín, ta thường thấy không khí trong phòng nóng hơn so với bên ngoài. Tại sao không khí trong phòng bị nóng hơn so với không khí ngoài trời?

Người ta truyền cho khí trong xi lanh một nhiệt lượng 100 J. Khí nở ra thực hiện công 70 J đẩy pit-tông đi lên. Tính độ biến thiên nội năng của chất khí.

Khi ta cần đun nóng 5 lít nước từ 30°C lên 50°C cần bao nhiêu nhiệt lượng? Biết nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.K.

Tính nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy hoàn toàn một cục nước đá 100 g ở 0°C. Biết nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.10⁵ J/kg.

Tính lượng nhiệt cần thiết để chuyển hóa 1,00 kg nước ở 100 °C (ở điều kiện áp suất bình thường) thành hơi. Cho nhiệt hóa hơi riêng của nước là 2,25.10⁶ J/kg.

Một chất rắn có khối lượng 60 g ở nhiệt độ 100 °C được cho vào 150 g nước ở 20 °C. Nhiệt độ cuối cùng ghi được là 25 °C. Tính nhiệt dung riêng của chất rắn. Biết nhiệt dung riêng của nước 4200 J/kg.K.

Một chất rắn có khối lượng 60 g ở nhiệt độ 100 °C được cho vào 150 g nước ở 20 °C. Nhiệt độ cuối cùng ghi được là 25 °C. Tính nhiệt dung riêng của chất rắn. Biết nhiệt dung riêng của nước 4200 J/kg.K.

Tính lượng nhiệt cần thiết để chuyển hóa 1,00 kg nước đá ở –10 °C chuyển hoàn toàn thành hơi nước ở 100 °C (ở điều kiện áp suất bình thường). Cho nhiệt dung riêng của nước đá 2100 J/kg.K; nhiệt nóng chảy nước đá là 3,36.10⁵ J/kg; nhiệt dung riêng của nước 4200 J/kg.K; nhiệt hóa hơi riêng của nước là 2,25.10⁶ J/kg.

Cho một nhiệt kế thuỷ ngân.

a) Khi nhúng nhiệt kế trong nước đá đang tan, cột thuỷ ngân dài 12 mm. Giá trị nhiệt độ trên nhiệt kế lúc này là ......°C.

b) Khi nhiệt kế được đặt trong hơi nước, bên trên mặt nước đang sôi thì cột thuỷ ngân dài 82 mm. Giá trị nhiệt độ trên nhiệt kế lúc này là ...... °C.

c) Chiều dài của cột thuỷ ngân ở 50 °C là ...... mm.

d) Khi chiều dài của cột thuỷ ngân là 61 mm, số chỉ nhiệt kế là ...... °C.

Trong các phát biểu sau đây về sự bay hơi và sự sôi của chất lỏng, phát biểu nào đúng, phát biểu nào sai?

a) Sự bay hơi là sự hoá hơi xảy ra ờ mặt thoáng của khối chất lỏng.

b) Sự hoá hơi xảy ra ở cả mặt thoáng và trong lòng chất của khối chất lỏng khi chất lỏng sôi.

c) Sự bay hơi diễn ra chỉ ở một số nhiệt độ nhất định.

d) Sự sôi diễn ra ở nhiệt độ sôi.

Cung cấp nhiệt lượng 1,5 J cho một khối khí trong một xilanh đặt nằm ngang. Chất khí nở ra đẩy pít-tông đi một đoạn 6 cm. Biết lực ma sát giữa pít-tông và xilanh có độ lớn là 20 N, diện tích tiết diện của pít-tông là $1,0 {\text{cm}}^2.$ Coi pít-tông chuyển động thẳng đều. Trong các phát biểu sau, phát biểu nào là đúng, phát biểu nào là sai?

a) Công của khối khí thực hiện là 1,2 J.

b) Độ biến thiên nội năng của khối khí là 0,50 J.

c) Trong quá trình dãn nở, áp suất của chất khí là $2,0\cdot {10}^5 \text{Pa}.$

d) Thể tích khí trong xilanh tăng 6,0 lít

Vận động viên điền kinh bị mất rất nhiều nước trong khi thi đấu. Các vận động viên thường chỉ có thể chuyển hoá khoảng 20% năng lượng dự trữ trong cơ thể thành năng lượng dùng cho các hoạt động của cơ thể. Phần năng lượng còn lại chuyển thành nhiệt thải ra ngoài nhờ sự bay hơi của nước qua hô hấp và da để giữ cho nhiệt độ cơ thể không đổi. Nếu vận động viên dùng hết 10800 kJ trong cuộc thi thì có khoảng bao nhiêu lít nước đã thoát ra ngoài cơ thể? Coi nhiệt độ cơ thể của vận động viên hoàn toàn không đổi và nhiệt hoá hơi riêng của nước ở nhiệt độ của vận động viên là $2,4\cdot {10}^6 \text{J}/\text{kg}.$ Biết khối lượng riêng của nước là $1,{0.10}^3 \text{kg}/{\text{m}}^3.$

Một học sinh làm thí nghiệm đun nóng để làm 0,020 kg nước đá (thể rắn) ở \({0^^\circ }{\rm{C}}\) chuyển hoàn toàn thành hơi nước ở \({100^^\circ }{\rm{C}}.\) Cho nhiệt nóng chảy của nước ở \({0^^\circ }{\rm{C}}\) là \(3,{34.10^5}\;{\rm{J}}/{\rm{kg}}\); nhiệt dung riêng của nước là \(4,20\;{\rm{kJ}}/{\rm{kgK}}\); nhiệt hoá hơi riêng của nước ở \({100^^\circ }{\rm{C}}\) là \(2,26 \cdot {10^6}\;{\rm{J}}/{\rm{kg}}.\) Bỏ qua hao phí toả nhiệt ra môi trường. Trong các phát biểu sau, phát biểu nào là đúng, phát biểu nào là sai?

a) Nhiệt lượng cần thiết để làm nóng chảy hoàn toàn 0,020 kg nước đá tại nhiệt độ nóng chảy là 6860 J.

b) Nhiệt lượng cần thiết để đưa 0,020 kg nước từ \({0^^\circ }{\rm{C}}\) đến \({100^^\circ }{\rm{C}}\) là 8600 J.

c) Nhiệt lượng cần thiết để làm hoá hơi hoàn toàn 0,020 kg nước ở \({100^^\circ }{\rm{C}}\) là 42500 J.

d) Nhiệt lượng để làm 0,020 kg nước đá (thể rắn) ở \({0^^\circ }{\rm{C}}\) chuyển hoàn toàn thành hơi nước ở \({100^^\circ }{\rm{C}}\) là 60280 J.

Một miếng bạc được cung cấp nhiệt lượng để tăng nhiệt độ đến nhiệt độ nóng chảy. Khi đến nhiệt độ nóng chảy, tiếp tục cung cấp thêm nhiệt lượng 25,2 kJ để hoá lỏng hoàn toàn miếng bạc. Biết nhiệt nóng chảy riêng của bạc là 1,05.10⁵ J/kg. Tính khối lượng miếng bạc.

Đồ thị ở Hình vẽ biểu diễn sự phụ thuộc nhiệt độ của khối băng theo nhiệt lượng cung cấp. Dựa vào đồ thị, hãy tính khối lượng khối băng. Biết nhiệt nóng chảy riêng của băng ở 0 °C là 3,34.10⁵ J/kg.

Người ta thiết kế một nhiệt kế sử dụng một thang nhiệt độ mới, gọi là thang nhiệt độ X, nhiệt độ được kí hiệu là T_X, có đơn vị là °X. Trong đó, 0 °C tương ứng với 10 °X và khi cùng đo nhiệt độ của một vật thì thấy số chỉ theo thang nhiệt độ Celsius và thang nhiệt độ nhiệt độ X đều là 50.

a) Hãy thiết lập biểu thức chuyển đổi nhiệt độ từ thang nhiệt độ Celsius sang thang nhiệt độ X.

b) Ở nhiệt độ bao nhiêu theo thang Celsius (nhỏ hơn 50 °C) thì độ chênh lệch số chỉ của hai thang đo là 3?

Một ấm đun siêu tốc có phần thân ấm làm bằng thép không gỉ có khối lượng 0,5 kg, đang chứa 1,8 lít nước ở 25 °C. Biết nhiệt dung riêng của thép và nước lần lượt là 460 J/kg.K và 4 180 J/kg.K.

a) Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun ấm nước đến khi sôi ở 100 °C.

b) Biết công suất điện ghi trên ấm đun là 1 500 W. Tính thời gian đun sôi một ấm nước. Coi rằng điện năng chuyển hoàn toàn thành năng lượng nhiệt truyền cho ấm.

Một người pha chế một mẫu trà sữa bằng cách trộn các mẫu chất lỏng với nhau: nước trà đen (mẫu A), nước đường nâu (mẫu B) và sữa tươi (mẫu C). Các mẫu chất lỏng này chỉ trao đổi nhiệt lẫn nhau mà không gây ra các phản ứng hoá học. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường. Nhiệt độ trước khi trộn của mẫu A, mẫu B và mẫu C lần lượt là 12 °C, 19 °C và 28 °C. Biết rằng:

– Khi trộn mẫu A với mẫu B với nhau thì nhiệt độ cân bằng của hệ là 16 °C.

– Khi trộn mẫu B với mẫu C với nhau thì nhiệt độ cân bằng của hệ là 23 °C.

a) Tìm nhiệt độ cân bằng của hệ khi trộn mẫu A với mẫu C.

b) Tìm nhiệt độ cân bằng khi trộn cả ba mẫu.

c) Nếu người này pha thêm một mẫu nước trà đen nữa vào hỗn hợp ba mẫu ở câu b thì nhiệt độ cân bằng của hệ lúc này là bao nhiêu?

Một viên đạn có khối lượng m = 45 g bay theo phương ngang với tốc độ v₀ = 100 m/s xuyên qua một quả dưa có khối lượng M = 2,5 kg đang nằm yên trên sàn ngang nhẵn. Tốc độ của viên đạn và của quả dưa ngay sau khi viên đạn xuyên qua lần lượt là v = 80 m/s và V = 20 cm/s. Tính độ tăng nội năng của viên đạn và quả dưa.

Một quả bóng có khối lượng 100 g rơi từ độ cao 10 m xuống sân và nảy lên được 7 m. Tại sao nó không nảy lên được đến độ cao ban đầu? Tính độ biến thiên nội năng của quả bóng, sân và không khí. Lấy g = 9,8 m/s².

Một chất khí đựng trong bình hình trụ được lắp một pít-tông có thể chuyển động không ma sát trong bình. Khi hấp thụ một năng lượng nhiệt 400 J từ môi trường bên ngoài, chất khí trong bình giãn nở dưới áp suất bên ngoài không đổi là 1,00 atm từ thể tích 5,00 lít đến 10,0 lít. Xác định độ biến thiên nội năng của khí trong bình. Cho biết 1 l.atm tương đương với 101,3 J.

Thép là hợp kim gồm có kim loại chính là Fe, C chiếm từ 0,02% đến 2,14%, ngoài ra còn bổ sung một số kim loại khác nữa tuỳ thuộc từng loại thép. Gang cũng là một hợp kim gồm chủ yếu Fe và C trong đó kim loại chính là Fe, C chiếm hơn 2,14%. Một người thợ nấu chảy thép phế liệu trong một chiếc nồi kim loại. Để chế tạo gang, người đó bỏ thêm vào nồi thép nóng chảy đỏ rực đó một ít rơm (là thân cây lúa đã phơi khô).

1. Kim loại làm nồi nấu có đặc điểm gì mà không bị hoà tan với thép nóng chảy?

2. Hãy giải thích cách pha trộn các nguyên tố để chế tạo gang của người thợ.

Trong công nghệ khí nén, người ta sử dụng điện năng sinh công để nén một lượng khí lớn vào trong một bình kín có vỏ bằng kim loại chắc chắn và gọi đây là bình tích áp. Van đóng mở bình tích áp này được lắp nối với một ống dẫn khí và cuối đường ống sẽ là bộ phận (như phanh ô tô) hoặc dụng cụ cơ khí (như khoan bắt vít trong sửa ô tô, xe máy). Chú ý rằng, trong quá trình nén khí, động cơ điện sẽ lấy thêm không khí bên ngoài nén vào trong bình. Trong quá trình khối khí sinh công làm phanh ô tô hoặc quay trục khoan bắt vít sẽ có một lượng khí thoát ra. Một người thợ cơ khí sử dụng 5 000 J năng lượng điện cho máy nén khí thì có thể nén được 3 m³ không khí vào trong bình tăng áp có dung tích 250 lít. Hiệu suất của máy nén bằng 90%.

1. Lượng khí trong bình tích áp có khả năng sinh được công bằng bao nhiêu?

2. Xác định sự thay đổi nội năng của lượng khí trong bình lúc đầu.