Khởi động (trang 24) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 5: Khi vật bắt đầu nóng chảy phải tiếp tục cung cấp nhiệt lượng cho vật để vật nóng chảy hoàn toàn. Nhiệt lượng này phụ thuộc vào những đại lượng nào?
Trả lời:
- Khi vật bắt đầu nóng chảy phải tiếp tục cung cấp nhiệt lượng cho vật để vật nóng chảy hoàn toàn. Nhiệt lượng này phụ thuộc vào những đại lượng đó là: khối lượng của vật và tính chất của chất làm vật.
I. Khái niệm nhiệt nóng chảy riêng
Câu hỏi 1 (trang 24) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 5: Tại sao khi chế tạo các vật bằng chì, đồng, thường hay dùng phương pháp đúc?
- Do mỗi chất có nhiệt nóng chảy riêng khác nhau, chì và đồng là những vật liệu bền, không bị han gỉ, nhiệt nóng chảy riêng và nhiệt độ nóng chảy là những thông tin giúp xác định được năng lượng cần cung cấp cho lò nung, thời gian nung thời điểm đổ kim loại nóng chảy vào khuôn, thời điểm lấy sản phẩm ra khỏi khuôn. Các đại lượng này cũng cần cho việc lựa chọn vật liệu chế tạo hợp kim phù hợp với từng yêu cầu sử dụng khác nhau, tách các kim loại nguyên chất ra khỏi quặng hỗn hợp,...
- Khi được nung nóng chảy hoàn toàn thì chúng giống như chất lỏng, được đổ vào các khuôn, sau khi nguội sẽ có hình dạng của vật cần đúc.
Câu hỏi 2 (trang 24) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 5: Tính thời gian cần thiết để làm nóng chảy hoàn toàn 2kg đồng có nhiệt độ ban đầu 30℃, trong một lò nung điện có công suất 20 000 W. Biết chỉ có 50% năng lượng tiêu thụ của lò được dùng vào việc làm đồng nóng lên và nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ không đổi.
Trả lời:
- Vì chỉ có 50% năng lượng tiêu thụ được dùng để làm đồng nóng lên và nóng chảy hoàn toàn, ta sẽ sử dụng 20 000 W x 0,5 = 10 000 W.
- Năng lượng = (2 kg) x (385 J/kg°C) x (100°C - 30°C) = 2 x 385 x 70 = 53,900 J
- Thời gian = 53,900 J / 10,000 W = 5.39 giây
- Do đó, thời gian cần thiết để làm nóng chảy hoàn toàn 2 kg đồng là khoảng 5.39 giây.
II. Thực hành đo nhiệt nóng chảy riêng của nước đá
Hoạt động 1 (trang 25) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 5: Hãy trả lời các câu hỏi sau:
- Từ công thức (5.3), hãy cho biết cần đo đại lượng nào để xác định nhiệt nóng chảy riêng của nước đá?
- Nhiệt lượng làm các viên nước đá trong nhiệt lượng kế nóng chảy được lấy từ đâu?
- Nhiệt lượng nước đá thu được trong bình nhiệt lượng kế được xác định bằng cách nào?
- Mô tả các bước tiến hành thí nghiệm.
Trả lời:
- Từ công thức (5.3) ta cần đo nhiệt lượng cần truyền cho vật và cân khối lượng của vật để xác định được nhiệt nóng chảy riêng của nước đá.
- Nhiệt lượng làm các viên nước đá trong nhiệt kế nóng chảy được lấy từ môi trường xung quanh bởi vì viên đá lạnh có nhiệt độ thấp, môi trường xung quanh có nhiệt độ cao hơn nên chủ yếu lấy nhiệt lượng từ môi trường xung quanh.
- Nhiệt lượng nước đá thu được trong bình nhiệt lượng kế được xác định bằng cách sau: ta sử dụng công thức tính nhiệt lượng: Q=mcΔt trong đó m là khối lượng của nước, c là nhiệt dung riêng của nước, ∆T là sự thay đổi của nhiệt độ của nước đá lúc đầu và lúc sau khi tan.
- Mô tả các bước tiến hành thí nghiệm:
+ Bước 1: Đo lượng nước: ta sử dụng cân đong để đong lượng nước đá chính xác cần sử dụng và đổ nước đá vào bình nhiệt lượng kế.
+ Bước 2: Sau khi đong lượng nước đá xong, ta sử dụng nhiệt kế để đo nhiệt độ của nước đá lúc này và ghi lại.
+ Bước 3: Đặt bình nhiệt lượng kế trên nguồn điện và đun lên đến khi nước đá tan chảy hoàn toàn.
+ Bước 4: Sau một khoảng thời gian cố định mà giáo viên yêu cầu thì dùng nhiệt kế đo lại nhiệt độ của bình nước đá sau khi ta chảy và ghi lại kết quả.
+ Bước 5: Tính toán kết quả, sử dụng công thức Q =mc∆T với m là khối lượng của nước, c là nhiệt dung riêng của nước, ∆T là sự thay đổi của nhiệt độ của nước đá lúc ban đầu và sau khi đun.
+ Bước 6: Đánh giá kết quả.
Hoạt động 2 (trang 26) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 5: Từ kết quả thí nghiệm thu được thực hiện yêu cầu sau:
- Vẽ đồ thị sự phụ thuộc nhiệt độ t theo thời gian 𝜏.
- Vẽ hai đường thẳng đi gần nhất các điểm trên đồ thị (tham khảo Hình 5.1).
- Chọn điểm M là giao điểm của hai đường thẳng, đọc giá trị
- Tính công suất trung bình của dòng điện qua điện trở trong nhiệt lượng kế.
- Tính nhiệt nóng chảy riêng của nước đá theo công thức: λH2O =
Trong đó là nhiệt lượng do dòng điện qua điện trở toả ra trong thời gian 𝜏𝑀và m là khối lượng nước đá.
- Xác định sai số của phép đo nhiệt nóng chảy riêng của nước đá.
- So sánh giá trị nhiệt nóng chảy riêng của nước đá đo được với giá trị ở Bảng 5.1 và giải thích nguyên nhân gây ra sự sai khác (nếu có).
Trả lời:
- Vẽ đồ thị:
- Hai giá trị trên gần bằng nhau, nếu có sự sai khác giữa giá trị nhiệt nóng chảy riêng đo được và giá trị trong Bảng 5.1, có thể có một số nguyên nhân sau:
+ Điều kiện thử nghiệm: Các giá trị nhiệt nóng chảy riêng thường phụ thuộc vào điều kiện thử nghiệm cụ thể như áp suất, độ ẩm, và chất lượng của nước. Nếu điều kiện thử nghiệm không giống nhau, sự khác biệt có thể xuất hiện.
+ Nguyên liệu: Nước không phải luôn ở dạng tinh khiết. Nếu nước chứa các chất phụ khác nhau, như muối, khoáng chất, hay chất hữu cơ, thì giá trị nhiệt nóng chảy riêng có thể thay đổi.
+ Độ chính xác của thiết bị đo lường: Các thiết bị đo lường nhiệt độ có thể có độ chính xác khác nhau, và việc sử dụng thiết bị không chính xác có thể dẫn đến sai số trong kết quả đo.
+ Độ biến đổi của nước: Nước có khả năng biến đổi ở các điều kiện khác nhau, và sự biến đổi này có thể ảnh hưởng đến giá trị nhiệt nóng chảy riêng.