Bài 38. Sự chuyển thể của các chất

Giải SBT Vật Lí 10: Bài 38. Sự chuyển thể của các chất

Bài 38.1 trang 91 Sách bài tập Vật Lí 10

Xác định lượng nhiệt Q cần cung cấp để làm nóng chảy 100 g nước đá ở 0^oC. Cho biết nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.105 J/kg.

A. Q = 0,34.10³J.       

B. Q = 340.10⁵J.

C. Q = 34.10⁷J.       

D. Q = 34.10³J.

Lời giải

Chọn đáp án D

Hướng dẫn:

Lượng nhiệt Q cần cung cấp để làm nóng chảy khối lượng m = 100g nước đá ở t₀ = 0°C thành nước ở cùng nhiệt độ t₀ = 0°C có giá trị bằng:

Q = λ_m = 3,4.10⁵.100.10^-3=34.10³ (J)

Bài 38.2 trang 91 Sách bài tập Vật Lí 10

Xác định lượng nhiệt Q cần cung cấp để làm bay hơi 100 g nước ở 100^oC. Cho biết nhiệt hoá hơi riêng của nước là 2,3.10 J/kg .

A. Q = 23.10⁶J       

B. Q = 2,3.10⁵J.

C. Q = 2,3.10⁶J.       

D. Q = 0,23.10⁴J.

Lời giải

Chọn đáp án B

Hướng dẫn:

Lượng nhiệt Q cần cung cấp để làm bay hơi khối lượng m = 100g nước ở t₀ = 100°C có giá trị bằng:

Q = L.m = 2,3.10⁶.100.10^-3 = 2,3.10⁵ (J)

Bài 38.3 trang 91 Sách bài tập Vật Lí 10

Xác định lượng nhiệt Q cần cung cấp để làm nóng chảy cục nước đá khối lượng 50 g và đang có nhiệt độ - 20^oC. Cho biết nước đá có nhiệt nóng chảy riêng là 3,4.10⁵ J/kg và nhiệt dung riêng là 2,09.10³ J/kg.K.

A. Q ≈ 36 kJ.       

B. Q ≈ 190 kJ.

C. Q ≈ 19 kJ.       

D. Q ≈ 1,9 kJ.

Lời giải

Chọn đáp án C

Hướng dẫn:

Lượng nhiệt Q cung cấp để làm nóng chảy cục nước đá khối lượng m = 50g và nhiệt độ ban đầu t₀ = -20°C có giá trị bằng:

Q = m.c.(t – t₀) + λ_m = m[c(t – t₀) + λ] = 19 (kJ)

Bài 38.4 trang 92 Sách bài tập Vật Lí 10

Nhiệt lượng cần để làm nóng chảy 8 kg nhôm ở 20^oC là:

A. 5,9.10⁶J.       

B. 59.10⁴J.       

C. 4,7.10⁶J.       

D. 47.10⁶J.

Lời giải

Chọn đáp án C

Bài 38.5 trang 92 Sách bài tập Vật Lí 10

Người ta thả một cục nước đá khối lượng 80 g ở 0^oC vào một cốc nhôm đựng 0,4 kg nước ở 20^oC đặt trong nhiệt lượng kế. Khối lượng cốc nhôm là 0,2 kg. Xác định nhiệt độ của nước trong cốc nhôm khi cục nước đá vừa tan hết. Cho biết nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.10⁵ J/kg , nhiệt dung riêng của nhôm là 880 J/kg.K và của nước là 4180 J/kg.K. Bỏ qua sự mất mát nhiệt do truyền ra ngoài.

Lời giải

Gọi λ là nhiệt nóng chảy riêng của cục nước đá khối lượng m₀ ở t0 = 0^oC ; còn c₁, m₁, c₂, m₂ là nhiệt dung riêng và khối lượng của cốc nhôm và của lượng nước đựng trong cốc ở nhiệt độ t₁ = 20^oC. Nếu gọi t^oC là nhiệt độ của nước trong cốc nhôm khi cục nước đá vừa tan hết thì lượng nhiệt do cục nước đá ở t0 = 0^oC đã thu vào để tan thành nước ở t^oC bằng :

Q = λm₀ + c₂m₀(t - t0) = m₀(λ + c₂t)

Còn nhiệt lượng do cốc nhôm và lượng nước đựng trong cốc ở t₁ = 20^oC toả ra để nhiệt độ của chúng giảm tới t^oC (với t < t₁) có giá trị bằng :

Q'= (c₁m₂ +c₂m₂)(t₁ - t)

Theo định luật bảo toàn năng lượng, ta có :

Q' = Q ⇒ (c₁m₁ + c₂m₂) (t₁ - t) = m₀(λ + c₂t)

Từ đó suy ra:

Thay số : t ≈ 3,7^oC.

Bài 38.6 trang 92 Sách bài tập Vật Lí 10

Xác định lượng nhiệt cần cung cấp cho cục nước đá khối lượng 0,2 kg ở -20^oC biến hoàn toàn thành hơi nước ở 100^oC. Cho biết nước đá có nhiệt nóng chảy riêng là 3,4.10⁵ J/kg và nhiệt dung riêng là 2,09.10³ J/kg.K ; nước có nhiệt dung riêng là 4,18.10³ J/kg.K và nhiệt hoá hơi riêng là 2,3.10³ J/kg.

Lời giải

Nhiệt lượng cần phải cung cấp để làm cho một cục nước đá có khối lượng 200 g nước đá ở -20^oC tan thành nước và được đun sôi để biến hoàn toàn thành hơi nước ở 100^oC.

Q = c_đm(t₁ - t₀) + λm + c_nm(t₂ - t₁) + Lm

hay Q = m [c_đ(t₁ - t₀) + λ.+ c_n(t₂ - t₁) + L]

Thay số, ta tìm được :

Q = 0,2. [2,09.10³ (0 - (-20)) + 3,4.10⁵ + 4,18.10³ (100 - 0) + 2,3.10⁶]

hay Q = 205 960 J ≈ 206 kJ

Bài 38.7 trang 92 Sách bài tập Vật Lí 10

Người ta thả cục nước đá ở 0^oC vào chiếc cốc bằng đồng khối lượng 0,20 kg đặt ở trong nhiệt lượng kế, trong cốc đồng đựng 0,70 kg nước ở 25^oC. Khi cục nước đá vừa tan hết thì nước trong cốc đồng có nhiệt độ là 15,2^oC và khối lượng của nước là 0,775 kg. Xác định nhiệt nóng chảy của nước đá. Cho biết nhiệt dung riêng của đồng là 380 J/kg.K và của nước là 4180 J/kg. Bỏ qua sự mất mát nhiệt do truyền ra bên ngoài.

Lời giải

Gọi λ là nhiệt nóng chảy riêng của cục nước đá khối lượng m₀, còn c₁, m₁, c₂, m₂ là nhiệt dung riêng và khối lượng của cốc đồng và của lượng nước đựng trong cốc.

- Lượng nhiệt do cốc đồng và lượng nước đựng trong cốc ở t₁ = 25^oC toả ra để nhiệt độ giảm tới t = 15,2^oC có giá trị bằng :

Q = (c₁m₁ + c₂m₂) (t₁ -t)

- Lượng nhiệt do cục nước đá ở t₀ = 0^oC thu vào để tan thành nước ở t = 15,2^oC có giá trị bằng :

Q' = m₀(λ + c₂t)

Theo nguyên lí cân bằng nhiệt, ta có :

Q' = Q ⇒ m₀(λ + c₂t) = (c₁m₁ + c₂m₂) (t₁- t)

Từ đó suy ra:

Thay số với chú ý m₀ = 0,775 - 0,700 = 0,075 kg, ta tìm được:

Bài 38.8 trang 92 Sách bài tập Vật Lí 10

Một thỏi sắt nóng có khối lượng 350 g và thể tích 45 cm³ được thả vào chiếc cốc đang đựng nước đá ở 0^oC trong nhiệt lượng kế. Khối lượng riêng của sắt ở 0^oC là 7800 kg/m³ và hệ số nở khối của sắt là 3,3.10^-5 K^-1. Nhiệt dung riêng của sắt là 550 J/kg.K. Nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.10⁵ J/k Bỏ qua sự mất mát nhiệt do nhiệt truyền ra bên ngoài. Xác định :

a) Nhiệt độ của thỏi sắt nóng trước khi được thả vào cốc nước đá.

b) Khối lượng của phần nước đá tan thành nước trong cốc khi cân bằng nhiệt.

Lời giải

a) Gọi V là thể tích ở nhiệt độ t và V₀là thể tích ở 0^oC của thỏi sắt. Theo công thức nở khối vì nhiệt, ta có :

V = V₀(1 + βt)

với β là hệ số nở khối của sắt. Vì khối lượng m của thỏi sắt không phụ thuộc nhiệt độ nên khối lượng riêng D của thỏi sắt ở nhiệt độ t liên hệ với khối lượng riêng D₀ của nó ở 0^oC theo công thức :

D/D₀ = V₀/V ⇒ D = m/V = D₀/(1 + βt)

Từ đó suy ra nhiệt độ t của thỏi sắt trước khi thả nó vào cốc nước đá :

t = (D₀V - m)/mβ

Thay số ta tìm được:

b) Khối lượng M của phần nước đá tan thành nước sau khi thả thỏi sắt nóng có nhiệt độ t^oC vào cốc nước đá ở 0^oC được xác định bởi điều kiện cân bằng nhiệt:

Mλ = cmt ⇒ M = cmt/λ

trong đó λ là nhiệt nóng chảy riêng của nước đá, c là nhiệt dung riêng của thỏi sắt có khối lượng m.

Thay số, ta tìm được :

Bài 38.9 trang 92 Sách bài tập Vật Lí 10

Hỏi phải đốt cháy bao nhiêu kilôgam xăng trong lò nấu chảy với hiệu suất 30% để nung nóng đến nhiệt độ nóng chảy và làm chảy lỏng 10 tấn đồng ? Cho biết đồng có nhiệt độ ban đầu là 13^oC nóng chảy ở nhiệt độ 1083^oC, nhiệt dung riêng là 380 J/kg.K, nhiệt nóng chảy riêng là 1,8.10⁵ J/kg và lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy 1 kg xăng là 4,6.10⁷ J/kg.

Lời giải

Nhiệt lượng cần cung cấp để nung nóng đến nhiệt độ nóng chảy và làm chảy lỏng 10 tấn đồng có giá trị bằng :

Q = cm(t - t₀) + λm

với m là khối lượng của đồng cần nấu chảy, t₀ và t là nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ nóng chảy của đồng, c là nhiệt dung riêng và λ là nhiệt nóng chảy riêng của đồng.

Nếu gọi q là lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy 1 kg xăng (còn gọi là năng suất toả nhiệt của xăng) thì khối lượng xăng (tính ra kilôgam) cần phải đốt cháy để nấu chảy đồng trong lò với hiệu suất 30% sẽ bằng :

Thay số, ta tìm được :

Bài 38.10 trang 93 Sách bài tập Vật Lí 10

Áp suất hơi nước bão hoà ở 25^oC là 23,8 mmHg và ở 30^oC là 31,8 mmHg. Nếu tách hơi nước bão hoà ở 25^oC ra khỏi nước chứa trong bình kín và tiếp tục đun nóng đẳng tích lượng hơi nước này tới 30^oC thì áp suất của nó sẽ bằng bao nhiêu ?

Lời giải

Hơi nước bão hoà ở nhiệt độ T₁ = (273 + 25) = 298 K được tách ra khỏi nước chứa trong bình kín có áp suất là p₁ = 23,8 mmHg. Nếu đun nóng đẳng tích lượng hơi nước này tới nhiệt độ T₂ = (273 + 30) = 303 K, thì áp suất của nó sẽ xác định theo định luật Sác-lơ :

p₂/T₂ = p₁/T₁ ⇒ p₂ = p₁T₂/T₁

Thay số, ta tìm được : p₂ = 23,8.303/298 ≈ 24,2 mmHg

Nhận xét thấy áp suất p₂ ≈ 24,2 mmHg nhỏ hơn giá trị áp suất hơi nước bão hoà ở 30^oC là p_bh = 31,8 mmHg. Như vậy khi nhiệt độ tăng, áp suất hơi nước chứa trong bình kín không chứa nước (tuân theo định luật Sác-lơ) sẽ tăng chậm hơn áp suất hơi nước bão hoà trong bình kín có chứa nước.