Giải SGK Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Sự chuyển thể

Trả lời:

- Quá trình nóng chảy của nước đá: Khi cung cấp nhiệt độ cho viên nước đá, nhiệt độ của viên nước đá tăng lên, khi đạt đến nhiệt độ 00C, nước đá chuyển từ thể rắn sang thể lỏng, trong suốt quá trình này, nhiệt độ của nước đá không thay đổi.

- Quá trình nóng chảy của thanh sôcôla: Khi cung cấp nhiệt độ cho thanh socola, thanh socola mềm đi và chuyển từ thể rắn sang thể lỏng một cách liên tục, trong quá trình này, nhiệt độ của thanh sôcôla tăng liên tục.

Câu hỏi 5 (trang 9) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Quan sát đồ thị ở Hình 1.12, từ đó nhận xét về sự biến đổi nhiệt độ của chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình trong quá trình chuyển thể từ rắn sang lỏng

Trả lời:

Trong quá trình chuyển thể từ rắn sang lỏng, sự biến đổi nhiệt độ của chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình có những đặc điểm khác nhau:

Chất rắn kết tinh

- Điểm Nóng Chảy Cố Định: Chất rắn kết tinh thường có điểm nóng chảy cố định, tức là nhiệt độ mà chất rắn bắt đầu chuyển thể thành lỏng.

- Biến Đổi Nhiệt Độ Đột Ngột: Trong quá trình chuyển thể, nhiệt độ của chất rắn kết tinh tăng đột ngột cho đến khi chất này hoàn toàn trở thành lỏng.

Chất rắn vô định hình:

- Dải Nhiệt Độ Chuyển Thể: Chất rắn vô định hình thường không có điểm nóng chảy cố định mà là một dải nhiệt độ chuyển thể.

- Biến Đổi Nhiệt Độ Tuyến Tính: Trong quá trình chuyển thể, nhiệt độ của chất rắn vô định hình tăng tuyến tính khi tiếp tục thêm nhiệt.

Đối với chất rắn kết tinh, các phân tử có thứ tự và cố định trong cấu trúc tinh thể, do đó, nhiệt độ chuyển thể là một giá trị cụ thể. Trong khi đó, chất rắn vô định hình có cấu trúc phân tử không có thứ tự định, dẫn đến một dải nhiệt độ chuyển thể.

Lưu ý rằng những đặc điểm này có thể thay đổi tùy thuộc vào loại chất rắn cụ thể và điều kiện chuyển thể.

b. Giải thích sự nóng chảy của chất rắn kết tinh

Câu hỏi 6 (trang 10) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Vận dụng mô hình động học phân tử, hãy giải thích sự nóng chảy của chất rắn kết tinh.

- Khi nung nóng một vật rắn kết tinh, các phân tử của vật rắn nhận được nhiệt lượng, dao động của các phân tử mạnh lên, biên độ dao động tăng. Điều này dẫn đến khoảng cách trung bình giữa các phân tử tăng.

- Nhiệt độ của vật rắn tăng đến một giá trị nào đó thì một số phân tử thắng được lực tương tác với các phân tử xung quanh và thoát khỏi liên kết với chúng, đó là sự khởi đầu của quá trình nóng chảy. Từ lúc này, vật rắn nhận nhiệt lượng dễ tiếp tục phá vỡ các liên kết tinh thể. Khi trật tự của tỉnh thể bị phá vỡ hoàn toàn thì quá trình nóng chảy kết thúc, vật rắn chuyển thành khối lỏng.

- Nếu vẫn tiếp tục nung nóng thì các phân tử nhận nhiệt lượng để tăng năng lượng chuyển động của mình và nhiệt độ của khối chất lỏng tăng lên.

- Phần năng lượng nhận thêm để phá vỡ liên kết giữa các phân tử mà không làm tăng nhiệt độ của chất trong quá trình chuyển thể thường được gọi là ẩn nhiệt. Từ "ẩn" thể hiện ý nghĩa năng lượng cung cấp cho chất có vẻ bị biến mất vì nhiệt độ của chất không tăng khi chuyển thể. Năng lượng này trong quá trình nóng chảy được gọi là ẩn nhiệt nóng chảy.

Luyện tập (trang 10) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Nêu ứng dụng của sự nóng chảy trong công nghiệp luyện kim, hàn điện, thực phẩm.

Lời giải:

- Công nghiệp luyện kim

+ Nấu chảy và đúc: Kim loại tinh khiết được nấu chảy bằng nhiệt độ cao, chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng và sau đó đúc thành các sản phẩm kim loại.

- Hàn điện: Trong hàn điện, sự nóng chảy được sử dụng trong các phương pháp như hàn cọc, hàn đối, hàn hồ quang, và hàn điện trở.

+ Nối và sửa chữa kim loại: Sự nóng chảy của các hạt hàn kim loại là quan trọng trong quá trình hàn điện. Khi hạt hàn được đưa vào nhiệt độ nóng chảy, chúng sẽ chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng và kết dính giữa các bề mặt kim loại cần được nối hoặc sửa chữa.

- Thực phẩm: Sử dụng phương pháp nóng chảy để sản xuất các nguyên liệu thực phẩm đảm bảo chất lượng và độ tinh khiết của sản phẩm, cũng như giảm thiểu sự mất mát trong quá trình sản xuất. 

+ Sản xuất bơ: trái bơ được đun sôi để làm mềm. Sau đó, vỏ và hạt được lấy ra và bơ được ép ra từ phần thịt bên trong. Bơ sau đó được đun nóng và làm chảy để đạt được dạng lỏng và được đóng gói.

+ Sản xuất socola: cacao được rang và xay thành bột. Bột cacao sau đó được trộn với đường và sữa để tạo ra hỗn hợp socola. Hỗn hợp sau đó được đun sôi và khuấy đều để tạo thành socola lỏng. Socola sau đó được đổ vào khuôn và đóng gói.

Vận dụng (trang 10) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Từ Bảng 1.1, hãy giải thích tại sao dây tóc bóng đèn sợi đốt thường được làm bằng wolfram.

Lời giải:

- Do wolfram là kim loại có nhiệt độ nóng chảy rất cao, khi đạt đến một nhiệt độ nhất định sẽ phát sáng (nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy), do đó nó rất bền phù hợp cho việc dùng làm dây tóc bóng đèn. Còn với các chất khác thì nhiệt độ nóng chảy thấp hơn wolfram rất nhiều nên khi đạt đến nhiệt độ phát sáng thì cũng có thể bị nóng chảy nên không phù hợp để làm dây tóc.

c. Nhiệt nóng chảy riêng

Câu hỏi 7 (trang 10) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Quan sát Hình 1.13, xác định các quá trình biến đổi ứng với mỗi đoạn AB, BC, CD, DE.

Trả lời:

- Đoạn AB: đá bắt đầu tan 

- Đoạn BC: đá đang tan (chuyển từ thể rắn sang thể lỏng)

- Đoạn CD: nước bắt đầu tăng nhiệt độ (sôi)

- Đoạn DE: nước đang sôi (chuyển từ thể lỏng sang thể khí)

Luyện tập (trang 11) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Để hàn các linh kiện bị đứt trong mạch điển tử, người thợ sửa chữa thường sử dụng mỏ hàn để làm nóng chảy dây thiếc hàn. Biết rằng loại thiếc hàn sử dụng là hỗ hợp của thiếc và chì với tỉ lệ 63:37, khối lượng một cuộn dây thiếc hàn là 50 g. Tính nhiệt lượng mỏ hàn cần cung cấp để làm nóng chảy hết một cuộn dây thiếc hàn ở nhiệt độ nóng chảy

Lời giải:

Ở điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp thiếc-chì 63:37 là khoảng 183 °C. Ta cần biết thêm nhiệt dung riêng cụ thể của hỗn hợp này. Thông thường, nhiệt dung riêng của hỗn hợp này được xấp xỉ là khoảng 150 J/kg.K

Giả sử ta muốn tính nhiệt lượng cần thiết để làm nóng chảy một cuộn dây thiếc hàn ở nhiệt độ nóng chảy Tm từ nhiệt độ phòng T₀ , Đối với thiếc-chì 63:37, ∆T = T_m – T₀

Đổi m = 50 g = 0,05 kg

∆T = T_m – T₀ = 183 – 25 = 158 ℃

Q = m.c.∆T = 0,05.15.158 = 1185 J

4. Sự hoá hơi

a. Sự bay hơi

Câu hỏi 8 (trang 11) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Dự đoán các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ bay hơi của nước trong Hình 1.14.

Trả lời:

Yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ bay hơi của nước:

- Diện tích mặt thoáng chất lỏng.

- Nhiệt độ.

- Độ ẩm không khí.

- Tốc độ gió.

Câu hỏi 9 (trang 12) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Vận dụng mô hình động học phân tử, hãy giải thích nguyên nhân gây ra sự bay hơi.

Trả lời:

- Ở thể lỏng, các phân tử dao động quanh vị trí cân bằng không cố định. Khi chúng được cung cấp một năng lượng nhất định (thường là nhiệt độ), các phân tử ở bề mặt chất lỏng sẽ tham gia chuyển động nhiệt, trong đó có những phân tử chuyển động hướng ra ngoài chất lỏng.

- Khi nhận đủ năng lượng, nó có khả năng vượt qua lực liên kết với các phân tử lân cận và thoát ra khỏi mặt thoáng, trở thành các phân tử hơi. Các phân tử gần bề mặt chất lỏng có ít phân tử lân cận hơn so với những phân tử ở bên trong nên có khả năng phân tán và bay hơi dễ dàng hơn.

Luyện tập 1 (trang 12) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Giả sử dược giao nhiệm vụ cất giữ và bảo quản 1 lít cồn, em hãy nêu cách thực hiện trong điều kiện thực tế có sẵn của gia đình

Lời giải:

Cách cất giữ và bảo quản cồn trong điều kiện gia đình:

- Chọn một lọ hoặc chai sạch, khô, không có mùi để chứa cồn. Chắc chắn rằng nắp của lọ hoặc chai đóng chặt để tránh việc bay hơi.

- Bảo quản cồn ở nơi mát mẻ, thoáng khí, tránh ánh nắng trực tiếp và nhiệt độ cao.

- Tránh đặt cồn ở gần nguồn nhiệt hoặc nơi có nguy cơ cháy nổ.

- Nếu có thể, giữ cồn xa tầm tay của trẻ em và đặt ở nơi nổi bật để dễ nhận biết.

Luyện tập 2 (trang 12) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Rau xanh sau khi thu hoạch thường bị héo rất nhanh khi để ngoài nắng. Vì sao lại có hiện tượng trên? Làm thế nào để hạn chế điều này?

Lời giải:

- Hiện tượng rau xanh héo khi để ngoài nắng và cách hạn chế:

- Nguyên nhân héo nhanh: Rau xanh sau khi thu hoạch tiếp tục tiêu thụ năng lượng và nước thông qua quá trình hô hấp và quang hợp, nhưng khi bị cắt khỏi nguồn cung cấp nước và chất dinh dưỡng, chúng không thể duy trì tình trạng tươi tắn được nữa. Ánh nắng mặt trời cũng làm tăng tốc độ mất nước và chất dinh dưỡng.

- Cách hạn chế:

+ Đặt rau xanh vào tủ lạnh ngay sau khi thu hoạch để giữ nước và tươi tắn.

+ Đặt rau xanh vào túi chống hơi nước hoặc túi có khả năng thoáng khí để giảm tình trạng mất nước.

+ Phun nhẹ nước lên rau xanh để giữ độ ẩm.

+ Sử dụng các phương tiện giữ ẩm như hộp chứa nước hoặc giữ nước bằng chất gel chuyên dụng.

+ Thu hoạch vào buổi sáng hoặc buổi tối khi nhiệt độ thấp hơn để giảm tác động của nắng nóng.

b. Sự sôi

Câu hỏi 10 (trang 13) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Vận dụng mô hình động học phân tử, giải thích nguyên nhân gây ra sự sôi của chất lỏng.

- Khi phân tử chất lỏng nhận được năng lượng nhiệt, chúng sẽ chuyển động nhiệt càng mạnh, làm phá vỡ sự liên kết giữa các phân tử với nhau, khoảng cách giữa các phân tử càng tăng, phân tử chất lỏng chuyển sang phân tử hơi. Hiện tượng này xảy ra cả bên trong và trên bề mặt chất lỏng.

c. Nhiệt hóa hơi riêng

Luyện tập 1 (trang 14) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Bạn A muốn đun sôi 1,5 lít nước bằng bếp gas. Do sơ suất nên bạn quên không tắt bếp khi nước sôi. Tính nhiệt lượng đã làm hoá hơi 1 lít nước trong ấm do sơ suất đó. Biết nhiệt hoá hơi riêng của nước là 2,3.10⁶ J/kg.

Lời giải:

- Nhiệt lượng đã làm hoá hơi 1 lít nước: Q = L.m = 2,3.10⁶ . 1 = 2,3.10⁶ J.

Luyện tập 2 (trang 14) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Tại sao trên núi cao, ta không thể luộc chín trứng bằng nồi thông thường, mặc dù nước trong nồi vẫn sôi?

Lời giải:

Trên núi cao, áp suất không khí thấp hơn so với dưới mặt đất. Khi áp suất giảm, nhiệt độ sôi của nước cũng giảm. Mà quá trình luộc trứng lại cần có nhiệt độ đủ lớn để làm chín trứng. Do đó, nước sôi ở nhiệt độ thấp hơn 100^oC trên núi cao có thể không đủ để nấu chín thực phẩm. Vì vật, trên núi cao, ta không thể luộc chín trứng bằng nồi thông thường, mặc dù nước trong nồi vẫn sôi.

Vận dụng (trang 14) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Trước đây, để khử trùng các dụng cụ y tế dùng nhiều lần (kéo, kẹp gắp, dao mổ tiểu phẫu,…), người ta thường luộc chúng trong nước sôi. Giả sử cần phải thực hiện nhiệm vụ này nhưng có một số vi khuẩn chỉ bị tiêu diệt ở nhiệt độ 105 ℃, trong khi nhiệt độ sôi của nước ở điều kiện tiêu chuẩn là 100 ℃. Hãy đề xuất phương án đơn giản để diệt các vi khuẩn này và giải thích

Lời giải:

Để diệt các vi khuẩn có thể chỉ bị tiêu diệt ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi của nước ở điều kiện tiêu chuẩn (100 ℃), có thể sử dụng một số phương pháp sau đây:

- Tăng áp suất của môi trường nấu trên mức áp suất không khí thông thường. Khi áp suất tăng lên, điểm sôi của nước cũng tăng. Chẳng hạn, ở áp suất cao hơn, nước có thể sôi ở nhiệt độ cao hơn 100 ℃. Áp suất nấu nhanh là một phương pháp

- Thêm chất vào nước (như muối) để nâng cao nhiệt độ sôi của nước. Áp suất tăng lên khi nước kết hợp với chất tạo áp suất, và điều này có thể giúp diệt khuẩn ở nhiệt độ cao hơn.

- Sử dụng các chất diệt khuẩn (chẳng hạn như các dung dịch chứa clor hoặc hydrogen peroxide) để ngâm các dụng cụ y tế. Các chất diệt khuẩn này có thể hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn và giúp tiêu diệt các vi khuẩn.

Lưu ý rằng cần phải đảm bảo an toàn và hiệu quả của các phương pháp này trong môi trường y tế và tuân thủ các quy tắc về vệ sinh và khử trùng.

Bài tập

Bài tập 1 (trang 14) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Kết luận nào dưới đây là không đúng với thể rắn?

A. Khoảng cách giữa các phân tử rất gần nhau (cỡ kích thước phân tử).

B. Các phân tử sắp xếp có trật tự.

C. Các phân tử dao động quanh vị trí cân bằng cố định.

D. Các phân tử dao động quanh vị trí cân bằng luôn thay đổi.

Lời giải:

D – sai, các phân tử dao động quanh vị trí cân bằng luôn thay đổi đúng với chất ở thể lỏng.

Bài tập 2 (trang 14) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Một nhà máy thép mỗi lần luyện được 35 tấn thép. Cho nhiệt nóng chảy riêng của thép là 2,77.10⁵ J/kg.

a) Tính nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy thép trong mỗi lần luyện của nhà máy ở nhiệt độ nóng chảy.

b) Giả sử nhà máy sử dụng khí đốt để nấu chảy thép trong lò thổi (nồi nấu thép). Biết khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg khí đốt thì nhiệt lượng tỏa ra là 44.10⁶ J. Xác định lượng khí đốt cần sử dụng để tạo ra nhiệt lượng tính được ở câu a.

c) Việc sử dụng khí đốt để vận hành các nhà máy thép có thể gây ra những hậu quả gì cho môi trường và đời sống con người?

Lời giải:

a) Nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy thép ở nhiệt độ nóng chảy là:

Q = m.λ = 35.10³.2,77.10⁵ = 9,695.10⁹ (J)

b) Khối lượng khí đốt cần sử dụng: $M=\frac{{\mathrm{9,695.10}}^9}{{44.10}^6}\approx 220kg$