Phương pháp:

Nhớ lại đơn vị của nhiệt hóa hơi riêng.

Cách giải:

Đơn vị của nhiệt hóa hơi riêng là \({\rm{J}}/{\rm{kg}}\).

Phương pháp:

- Xét 2 trạng thái:

+ Trạng thái 1: Bọt khí ở độ sâu h

+ Trạng thái 2 : bọt khí nổi lên mặt nước.

- Áp dụng định luật Boyle: \({p_1}{V_1} = {p_2}{V_2}\)

Cách giải:

Xét trạng thái 1: Bọt khí ở độ sâu h, trạng thái 2: bọt khí nổi lên mặt nước.

Áp suất ở độ sâu h: \({p_1} = {p_0} + \rho gh\).

Tại mặt thoáng áp suất là \({p_2} = {p_0}\).

Vì quá trình này là quá trình đẳng nhiệt nên ta có:

\({p_1}{V_1} = {p_2}{V_2} \Rightarrow \frac{{{V_2}}}{{{V_1}}} = \frac{{{p_1}}}{{{p_2}}} = \frac{{{p_0} + \rho gh}}{{{p_0}}} > 1\)

\( \Rightarrow \) Ta thấy thể tích của bọt khí tăng khi nổi lên do áp suất của bọt khí giảm.

Phương pháp:

Áp dụng phương trình Clapeyron: \(pV = \frac{m}{M}.RT\).

Cách giải:

Ta có, phương trình Clapeyron viết theo khối lượng riêng là: \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{D = \frac{m}{V}}\\{pV = \frac{m}{M}.RT}\end{array} \Rightarrow \frac{p}{{T.D}} = \frac{R}{M}} \right.\)

\( \Rightarrow \frac{{{P_1}}}{{{T_1}.{D_1}}} = \frac{{{P_2}}}{{{T_2}.{D_2}}}\)

\( \Rightarrow \frac{1}{{\left( {100 + 273} \right).{D_1}}} = \frac{2}{{\left( {120 + 273} \right).{D_2}}}\)

\( \Rightarrow \frac{{{D_1}}}{{{D_2}}} = \frac{{393}}{{373.2}} = 0,53\)

Phương pháp:

Xác định giá trị lớn nhất trên nhiệt kế y tế.

Cách giải:

Nhiệt độ cao nhất ghi trên nhiệt kế Y tế là \({42^ \circ }{\rm{C}}\).

Phương pháp:

Nhiệt nóng chảy riêng của một chất là nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 kg chất đó để nó nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy.

Cách giải:

Nhiệt nóng chảy riêng của một chất là nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 kg chất đó để nó nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy.

\( \Rightarrow \) Mỗi kilôgam đồng cần thu nhiệt lượng \({1,8.10^5}{\rm{\;J}}\) để hoá lỏng hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy.

Phương pháp:

Lý thuyết về định luật I nhiệt động lực học.

Cách giải:

Công thức tổng quát của định luật I nhiệt động lực học: \({\rm{\Delta }}U = A + Q\).

Phương pháp:

Lý thuyết về các thông số trạng thái.

Cách giải:

Các thông số trạng thái của một lượng khí xác định là thể tích, áp suất và nhiệt độ.

Phương pháp:

+ Quan sát và kể tên các dụng cụ có trong thí nghiệm.

+ Xác định vai trò của các dụng cụ trong thí nghiệm.

+ Nhớ lại lý thuyết về thí nghiệm kiểm chứng định luật Boyle.

+ Tính giá trị trung bình của tích p.V trong 5 lần đo.

Cách giải:

a) Các dụng cụ có trong thí nghiệm: (1) là áp kế; (2) là xi lanh; (3) là pitton; (4) là tay quay.

\( \to \) a đúng.

b) Tay quay (4) có tác dụng đưa pitton tiến, lùi, từ đó làm thay đổi thể tích của lượng khí trong xilanh.

\( \to \) b đúng.

c) Thí nghiệm này là thí nghiệm kiểm chứng định luật Boyle nên cần có nhiệt độ được giữ không đổi nên khi tiến hành cần xoay tay quay (4) sao cho pitton di chuyển từ từ.

\( \to \) c đúng.

d) Giá trị trung bình của tích pV là:

\(\overline {pV}  = \frac{{1,14.130 + 1,18.125 + 1,23.120 + 1,28.115 + 1,35.110}}{5} = 147,8\) (Bar.ml).

Phương pháp:

- Sử dụng dữ kiện đề bài cho, vận dụng kĩ năng đọc hiểu để trả lời câu hỏi lý thuyết.

- Coi khí là lý tưởng, áp dụng phương trình trạng thái khí xác định nhiệt độ khi bóng nổ.

Cách giải:

a) Theo đề bài: Quả bóng được thả từ các địa điểm quan sát trên khắp thế giới, thường là hai lần mỗi ngày vào 0 giờ và 12 giờ quốc tế.

\( \to \) a sai.

b) Để quả bóng có thể bay lên, người ta bơm vào đó khí có khối lượng riêng nhỏ hơn không khí, thường là heli hoặc hydro, giúp quả bóng nổi lên do sự chênh lệch về mật độ giữa khí trong bóng và không khí xung quanh.

\( \to \) b đúng.

c) Quả bóng thám không có thể đạt đến độ cao khoảng 40 km hoặc hơn. Khi lên đến độ cao lớn, áp suất không khí giảm mạnh, làm cho quả bóng giãn nở và cuối cùng vỡ khi đạt đến giới hạn thể tích của nó.

\( \to \) c đúng.

d) Xét 2 trạng thái của khí trong quả bóng:

Trạng thái 1: Bóng bắt đầu được thả: \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{p_1} = 105000\left( {Pa} \right)}\\{{V_1} = 15,8\left( {{\rm{\;}}{{\rm{m}}^3}} \right)}\\{{T_1} = 27 + 273 = 300\left( {\rm{K}} \right)}\end{array}} \right.\)

Trạng thái 2: Khi bóng nổ: \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{p_2} = 27640\left( {Pa} \right)}\\{{V_1} = 39,5\left( {{m^3}} \right)}\\{{T_2}}\end{array}} \right.\)

Áp dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng ta được:

\(\frac{{{p_1}{V_1}}}{{{T_1}}} = \frac{{{p_2}{V_2}}}{{{T_2}}} \Rightarrow \frac{{105000.15,8}}{{300}} = \frac{{27640.39,5}}{{{T_2}}}\)

\( \Rightarrow {T_2} \approx 197\left( K \right) \Rightarrow {t_2} \approx  - {76^ \circ }C\).

Phương pháp:

+ Áp dụng lý thuyết về sự thay đổi nhiệt độ, áp suất theo độ cao.

+ Vận dụng kiến thức thực tế.

Cách giải:

a) Áp suất khí quyển tại đỉnh núi Everest thấp hơn so với mực nước biển, chỉ khoảng 253 mmHg, tương đương với khoảng \(1/3\) áp suất khí quyển ở mực nước biển \(\left( {760{\rm{mmHg}}} \right)\). Áp suất thấp dẫn đến điểm sôi của nước giảm xuống rất nhiều (khoảng \({73,5^ \circ }{\rm{C}}\) thay vì \({100^ \circ }{\rm{C}}\) ở mực nước biển). Vì vậy, nước không thể đủ nóng để luộc chín trứng một cách bình thường, khiến việc luộc trứng với nồi thông thường trở nên khó khăn.

\( \to \) a đúng.

b) Nhiệt độ môi trường lạnh ở đỉnh Everest (\( - {36^ \circ }{\rm{C}}\) vào tháng 1 và \( - {19^ \circ }{\rm{C}}\) vào tháng 7) không phải là lý do chính khiến trứng không thể luộc chín được. Mặc dù nhiệt độ môi trường rất thấp, nhưng vấn đề chính là áp suất khí quyển thấp, làm giảm điểm sôi của nước. Trong điều kiện này, dù nhiệt độ môi trường thấp, nhưng chỉ cần đun nước sôi ở \({73,5^ \circ }{\rm{C}}\) (nhiệt độ tại đỉnh Everest), không cần phải đạt nhiệt độ môi trường cao. Do đó, nhận định này không chính xác.

\( \to \) b sai.

c) Sử dụng muối: Một cách để cải thiện việc luộc trứng trong điều kiện áp suất thấp là thêm muối vào nước. Muối làm tăng điểm sôi của nước, vì vậy có thể giúp nước đạt nhiệt độ cao hơn, có thể làm chín trứng. Tuy nhiên, việc này chỉ cải thiện một phần nhỏ và không thể đạt nhiệt độ cao như ở mực nước biển.

Nướng trứng: Nướng trứng là một giải pháp tốt hơn vì quá trình nướng sử dụng nhiệt trực tiếp và không phụ thuộc vào điểm sôi của nước. Điều này có thể giúp trứng chín đúng cách mà không cần sự hiện diện của nước sôi ở nhiệt độ cao.

\( \to \) c đúng.

d) Áp suất khí quyển không giảm tuyến tính theo độ cao. Thực tế, áp suất khí quyển giảm dần theo độ cao nhưng với một tỷ lệ không phải là tuyến tính. Thực tế, áp suất giảm nhanh hơn ở các độ cao thấp và giảm chậm dần khi lên cao. Tại độ cao 3000 m so với mực nước biển, áp suất khí quyển thực tế vào khoảng 70 kPa là hợp lý, nhưng việc giảm áp suất không theo một đường thẳng tuyến tính mà là theo một công thức phức tạp dựa trên các yếu tố nhiệt độ và độ ẩm.

Phương pháp:

+ Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt để xác định nhiệt dung riêng.

+ Khi mẫu kim loại được nhúng vào nước nóng, nhiệt từ nước sẽ được truyền cho mẫu kim loại cho đến khi nhiệt độ của mẫu kim loại và nước đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt.

+ Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt để xác định nhiệt dung riêng khi không bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường.

Cách giải:

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt:

\({m_{kl}}.{c_{kl}}.\left( {{\rm{\Delta }}{t_{kl}}} \right) = {m_n}{c_n}{\rm{\Delta }}{t_n}\)

\( \Rightarrow 0,409.{c_{kl}}.\left( {56 - 27} \right) = 0,225.4180.\left( {67,5 - 56} \right)\)

\( \Rightarrow {c_{kl}} \approx 912\left( {{\rm{J/kg}}.{\rm{K}}} \right)\)

\( \to \) a đúng.

b) Khi mẫu kim loại được nhúng vào nước nóng, nhiệt từ nước sẽ được truyền cho mẫu kim loại cho đến khi nhiệt độ của mẫu kim loại và nước đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt (cùng nhiệt độ). Sự thay đổi nhiệt độ sẽ liên tục cho đến khi cả nước và kim loại đạt nhiệt độ ổn định (trạng thái cân bằng nhiệt). Đây là nguyên lý cơ bản của thí nghiệm nhiệt học.

\( \to \) b đúng.

c) Nếu không bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường thì:

\(0,409.{c_{kl}}.\left( {56 - 27} \right) + {Q_{mt}} = 0,225.4180.\left( {67,5 - 56} \right)\)

\( \Rightarrow {c_{kl}} = \frac{{0,225.4180.\left( {67,5 - 56} \right) - {Q_{mt}}}}{{0,409.\left( {56 - 27} \right)}}\)

Vậy kết quả tính được ở câu a lớn hơn giá trị nhiệt dung riêng chính xác của mẫu kim loại.

\( \to \) c sai.

d) Nếu bỏ qua thất thoát nhiệt với môi trường thì nhiệt lượng mà nước tỏa ra bằng với nhiệt lượng mẫu kim loại thu vào.

Phương pháp:

+ Áp dụng công thức tính nhiệt lượng: \(Q = mc{\rm{\Delta }}t\)

+ Sử dụng phương trình cân bằng nhiệt: \({Q_{thu}} = {Q_{toa}}\).

Cách giải:

Gọi t là nhiệt độ cân bằng sau khi pha nước.

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta được:

\(3mc\left( {100 - t} \right) = 2mc\left( {t - 20} \right) \Rightarrow t = {68^ \circ }C\)

Phương pháp:

+ Áp dụng định luật Boyle cho 2 trạng thái khí ở đáy biển và khi nổi lên mặt nước.

+ Áp dụng công thức tính áp suất của chất lỏng ở độ sâu h: \(p = {p_0} + \rho gh\).

Cách giải:

Trạng thái 1, bọt khí tại độ sâu h: \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{p_1} = {p_0} + \rho gh}\\{{V_1}}\end{array}} \right.\)

Trạng thái 2, bọt khí khi nổi lên mặt nước: \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{p_2} = {p_0}}\\{{V_2} = 16{V_1}}\end{array}} \right.\)

Vì nhiệt độ không đổi nên áp dụng định luật Boyle:

\({p_1}{V_1} = {p_2}{V_2} \Rightarrow {p_0} + \rho gh = {p_0}.16\)

Thay số vào ta được:

\({10^5} + {10^3}.10.h = {10^5}.16 \Rightarrow h = 150\left( {\rm{m}} \right)\)

Phương pháp:

Áp dụng định luật Boyle cho hai trạng thái: Trước khi bơm và sau khi bơm.

Cách giải:

Trạng thái 1, xét tổng lượng khí sau 12 lần bơm và thể tích khí ban đầu trong quả bóng:

\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{p_1} = 1\left( {{\rm{atm}}} \right)}\\{{V_1} = 0,125.12 + 2,5 = 4\left( L \right)}\end{array}} \right.\)

Trạng thái 2, toàn bộ lượng khí trên được đưa vào bóng: \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{p_2}}\\{{V_2} = 2,5\left( L \right)}\end{array}} \right.\)

Vì nhiệt độ của khí không đổi nên áp dụng định luật Boyle:

\({p_1}{V_1} = {p_2}{V_2} \Rightarrow 1.4 = {p_2}.2,5\)

\( \Rightarrow {p_2} = 1,6\left( {{\rm{atm}}} \right)\)

Phương pháp:

Nhiệt lượng cần cung cấp để nước ở \({30^ \circ }{\rm{C}}\) hóa hơi hoàn toàn bao gồm nhiệt lượng cần để nước tăng nhiệt độ đến \({100^ \circ }{\rm{C}}\left( {{Q_1} = mc{\rm{\Delta }}t} \right)\) và nhiệt lượng cần để hóa hơi hoàn toàn ở nhiệt độ \({100^ \circ }{\rm{C}}\left( {{Q_2} = mL} \right)\).

Cách giải:

Khối lượng nước là: \(m = D.V = {10^3}{.0,5.10^{ - 3}} = 0,5\left( {{\rm{kg}}} \right)\)

Nhiệt lượng cần để nước để nước tăng nhiệt độ từ \({30^ \circ }{\rm{C}}\) lên \({100^ \circ }{\rm{C}}\) là:

\({Q_1} = mc{\rm{\Delta }}t = 0,5.4200.\left( {100 - 30} \right) = {147.10^3}\left( J \right)\)

Nhiệt lượng cần để hóa hơi hoàn toàn ở nhiệt độ \({100^ \circ }{\rm{C}}\) là:

\({Q_2} = mL = {0,5.2,3.10^6} = {1,15.10^6}\left( {\rm{J}} \right)\)

Vậy tổng nhiệt lượng cần cung cấp để nước ở \({30^ \circ }{\rm{C}}\) hóa hơi hoàn toàn là:

\(Q = {Q_1} + {Q_2} = {147.10^3} + {1,15.10^6} = {1,297.10^6}\left( J \right) \approx 1,3\left( {MJ} \right)\)

Phương pháp:

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: \({Q_{thu}} = {Q_{toa}}\).

Cách giải:

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt đối với đồng (tỏa nhiệt) và nước (thu nhiệt):

\({Q_{{\rm{toa\;}}}} = {Q_{{\rm{thu\;}}}} \Rightarrow {m_d}{c_d}{\rm{\Delta }}{t_d} = {m_n}{c_n}{\rm{\Delta }}{t_n}\)

Thay số vào ta được:

\(0,5.380.\left( {89 - 21} \right) = 0,5.4200.{\rm{\Delta }}{t_n}\)

\( \Rightarrow {\rm{\Delta }}{t_n} \approx {6,2^0}C\)

Phương pháp:

Áp dụng phương trình Clapeyron: \(pV = \frac{m}{M}RT\)  

Cách giải:

Áp dụng phương trình Clapeyron ta được:

\(pV = \frac{m}{M}RT \Rightarrow {15.10^6}{.14.10^{ - 3}} = \frac{m}{{32}}.8,31.\left( {27 + 273} \right)\)

\( \Rightarrow m \approx {2,7.10^3}\left( {\rm{g}} \right) = 2,7\left( {{\rm{kg}}} \right)\)