Câu hỏi tự luận mức độ vận dụng cao Vật lí 12 kntt bài 5: Nhiệt nóng chảy riêng

Câu 1: 

Bước 1: Tính khối lượng của từng kim loại trong hợp kim:

• Khối lượng đồng: m_Cu = 60%×5 = 3 kg
• Khối lượng kẽm: m_Zn = 40%×5 = 2 kg

Bước 2: Tính nhiệt lượng cần thiết để làm nóng chảy đồng và kẽm:

• Nhiệt lượng để làm nóng chảy đồng:
  Qcu = λ_Cu.m_Cu = 210 . 10³ . 3 = 630.10³ J = 630 kJ
• Nhiệt lượng để làm nóng chảy kẽm:
  Q_Zn = λ_Zn.m_Zn = 113 . 10³ . 2 = 226.10³ J = 226 kJ

Bước 3: Tính tổng nhiệt lượng cần thiết:

Tổng nhiệt lượng cần cung cấp: Q = Qcu + Q_Zn = 630 + 226 = 856 kJ

Vậy tổng nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy hoàn toàn thỏi hợp kim là 856 kJ.

Câu 2: 

Bước 1: Tính khối lượng của từng thành phần trong hợp kim:

• Khối lượng sắt: mFe = 80% . 2000 kg = 1600 kg
• Khối lượng carbon: mC = 20% . 2000 kg = 400 kg

Bước 2: Tính nhiệt lượng cần thiết để làm nóng chảy từng thành phần:

• Nhiệt lượng để làm nóng chảy sắt:
  Qfe = λFe. mFe = 270.10³.1600 = 432.10⁶ J = 432 MJ
• Nhiệt lượng để làm nóng chảy carbon:
  Q_C = λC.mC = 710.103.400 = 284.10⁶ J = 284 MJ 

Bước 3: Tính tổng nhiệt lượng cần thiết: Tổng nhiệt lượng để làm nóng chảy hợp kim:
Q = Qfe + Q_C = 432 MJ + 284 MJ = 716 MJ

Bước 4: Tính nhiệt lượng thực tế cần cung cấp: Do 15% nhiệt bị thất thoát, lượng nhiệt thực tế cần cung cấp là:

Vậy nhà máy cần cung cấp khoảng 842,35 MJ nhiệt để làm nóng chảy hoàn toàn 2000 kg hợp kim thép.

Câu 3:

Việc lựa chọn vật liệu có nhiệt nóng chảy riêng và nhiệt độ nóng chảy phù hợp trong sản xuất vi mạch điện tử là vô cùng quan trọng vì:

+ Độ bền nhiệt: Các vi mạch điện tử hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao do sự sinh nhiệt trong quá trình truyền tải và xử lý dữ liệu. Vật liệu làm vi mạch phải có nhiệt độ nóng chảy cao để tránh bị hỏng hoặc biến dạng khi gặp nhiệt độ cao trong quá trình hoạt động liên tục.

+ Tản nhiệt: Khi các thiết bị điện tử hoạt động, nhiệt lượng sinh ra cần phải được tản nhanh chóng để tránh ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của sản phẩm. Do đó, các vật liệu dẫn nhiệt tốt (có nhiệt nóng chảy riêng thấp và khả năng chịu nhiệt cao) được ưu tiên sử dụng để giúp tản nhiệt hiệu quả, duy trì nhiệt độ ổn định cho vi mạch.

+ Chế tạo linh kiện: Trong quá trình sản xuất vi mạch, việc kiểm soát chính xác nhiệt độ là cần thiết để các vật liệu được kết hợp mà không bị tan chảy hoặc thay đổi tính chất. Ví dụ, hàn thiếc có nhiệt độ nóng chảy thấp thường được dùng để nối các thành phần của mạch, trong khi các vật liệu như silicon có nhiệt độ nóng chảy cao được dùng để chế tạo chip.

Liên hệ với thực tế: Vấn đề tản nhiệt trong các thiết bị điện tử hiện nay, đặc biệt là máy tính và điện thoại thông minh, đã trở thành một thách thức lớn khi thiết bị ngày càng nhỏ gọn nhưng yêu cầu xử lý dữ liệu nhanh hơn, tạo ra nhiều nhiệt hơn. Sử dụng các vật liệu tản nhiệt tốt như đồng hoặc nhôm, kết hợp với các công nghệ tản nhiệt (như keo tản nhiệt hoặc hệ thống làm mát bằng chất lỏng), giúp duy trì hoạt động ổn định của thiết bị và kéo dài tuổi thọ sản phẩm. Vật liệu với nhiệt nóng chảy riêng và nhiệt độ nóng chảy phù hợp đảm bảo hiệu suất làm việc trong môi trường nhiệt độ khắc nghiệt, giúp bảo vệ vi mạch khỏi sự cố do quá nhiệt.