Chuyên đề: Vật lí nhiệt — Lý thuyết và Phương pháp giải

a) Áp dụng công thức chuyển đổi từ Celsius sang Kelvin:

$$T = t + 273{,}15 = 327 + 273{,}15 = 600{,}15\,\text{K}.$$

b) Áp dụng công thức chuyển đổi từ Kelvin sang Celsius:

$$t = T - 273{,}15 = 77 - 273{,}15 = -196{,}15\,^\circ\text{C}.$$

c) Độ tăng nhiệt độ theo thang Celsius là:

$$\Delta t = t_2 - t_1 = 75 - 25 = 50\,^\circ\text{C}.$$

Vì một độ chia trong thang Celsius có độ lớn bằng một độ chia trong thang Kelvin nên độ tăng nhiệt độ trong thang Kelvin là:

$$\Delta T = \Delta t = 50\,\text{K}.$$

Kết luận: Nhiệt độ nóng chảy của chì là $600{,}15\,\text{K}$; nhiệt độ sôi của nitơ lỏng là $-196{,}15\,^\circ\text{C}$; độ tăng nhiệt độ là $50\,\text{K}$.

a) Theo đề bài và quy ước dấu của định luật I nhiệt động lực học:

• Khối khí nhận nhiệt lượng nên $Q = +150\,\text{J}$.
• Khối khí thực hiện công lên môi trường ngoài nên công mà khí nhận được là $A = -A' = -90\,\text{J}$.

b) Áp dụng công thức định luật I:

$$\Delta U = A + Q = -90 + 150 = +60\,\text{J}.$$

Vì $\Delta U > 0$ nên nội năng của khối khí tăng thêm $60\,\text{J}$.

Kết luận: $Q = +150\,\text{J}$, $A = -90\,\text{J}$; nội năng của khí tăng thêm $60\,\text{J}$.

Nhiệt lượng do miếng đồng toả ra khi hạ nhiệt độ từ $t_1 = 100\,^\circ\text{C}$ xuống $t_{cb}$ là:

$$Q_{\text{toả}} = m_1 c_1 (t_1 - t_{cb}) = 0{,}5 \cdot 380 \cdot (100 - t_{cb}) = 190(100 - t_{cb})\,\text{J}.$$

Nhiệt lượng do nước thu vào khi tăng nhiệt độ từ $t_2 = 20\,^\circ\text{C}$ lên $t_{cb}$ là:

$$Q_{\text{thu}} = m_2 c_2 (t_{cb} - t_2) = 0{,}4 \cdot 4200 \cdot (t_{cb} - 20) = 1680(t_{cb} - 20)\,\text{J}.$$

Theo phương trình cân bằng nhiệt $Q_{\text{toả}} = Q_{\text{thu}}$, ta có:

$$190(100 - t_{cb}) = 1680(t_{cb} - 20)$$

$$\Leftrightarrow 19000 - 190 t_{cb} = 1680 t_{cb} - 33600$$

$$\Leftrightarrow 1870 t_{cb} = 52600 \Rightarrow t_{cb} = \frac{52600}{1870} \approx 28{,}13\,^\circ\text{C}.$$

Kết luận: Nhiệt độ cân bằng của hệ là xấp xỉ $28{,}13\,^\circ\text{C}$.

a) Tổng nhiệt lượng cần cung cấp gồm hai giai đoạn:

• Giai đoạn 1: Nâng nhiệt độ $1{,}5\,\text{kg}$ nước từ $20\,^\circ\text{C}$ đến $100\,^\circ\text{C}$:

  $$Q_1 = mc(t_2 - t_1) = 1{,}5 \cdot 4200 \cdot (100 - 20) = 504000\,\text{J} = 504\,\text{kJ}.$$

• Giai đoạn 2: Làm hoá hơi $0{,}1\,\text{kg}$ nước ở $100\,^\circ\text{C}$:

  $$Q_2 = m_{\text{hơi}} L = 0{,}1 \cdot 2{,}26 \times 10^6 = 226000\,\text{J} = 226\,\text{kJ}.$$

Tổng nhiệt lượng cung cấp là:

$$Q_{\text{tổng}} = Q_1 + Q_2 = 504000 + 226000 = 730000\,\text{J} = 730\,\text{kJ}.$$

b) Thời gian đun cần thiết:

$$t = \frac{Q_{\text{tổng}}}{P} = \frac{730000}{1000} = 730\,\text{s} = 12\,\text{phút}\,10\,\text{giây}.$$

Kết luận: Tổng nhiệt lượng cần cung cấp là $730\,\text{kJ}$; thời gian đun là $730\,\text{s}$ ($12\,\text{phút}\,10\,\text{giây}$).