Câu hỏi tự luận mức độ vận dụng Vật lí 12 ctst bài 3: Nội năng. Định luật 1 của nhiệt động lực học

Câu 1: 

Bước 1: Tính nhiệt lượng mất đi của khối đồng

Nhiệt lượng mà khối đồng tỏa ra được tính bằng công thức:

Q_đồng = m_đồng * c_đồng * (T_đồng - T_cb)

Trong đó:

• m_đồng = 0,8 kg
• c_đồng = 385 J/kg.K
• T_đồng = 600 °C
• T_cb là nhiệt độ cân bằng cần tìm.

Ta có:

Q_đồng = 0,8 * 385 * (600 - T_cb)

Q_đồng = 308 * (600 - T_cb)

Bước 2: Tính nhiệt lượng nhận vào của nước

Nhiệt lượng mà nước hấp thụ được tính bằng công thức:

Q_nước = m_nước * c_nước * (T_cb - T_nước)

Trong đó:

• m_nước = 50 kg
• c_nước = 4.180 J/kg.K
• T_nước = 20 °C

Ta có:

Q_nước = 50 * 4.180 * (T_cb - 20)

Q_nước = 209.000 * (T_cb - 20)

Bước 3: Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt

Nhiệt lượng mà đồng tỏa ra bằng nhiệt lượng mà nước nhận vào:

Q_đồng = Q_nước

Suy ra:

308 * (600 - T_cb) = 209.000 * (T_cb - 20)

Bước 4: Giải phương trình

Mở rộng phương trình:

308 * 600 - 308 * T_cb = 209.000 * T_cb - 4.180.000

Tính giá trị:

184.800 - 308 * T_cb = 209.000 * T_cb - 4.180.000

Chuyển các hạng tử có T_cb về một vế:

184.800 + 4.180.000 = 209.000 * T_cb + 308 * T_cb

4.364.800 = 209.308 * T_cb                      

Tính T_cb:

T_cb = 4.364.800 / 209.308 ≈ 20,85 °C

Vậy nhiệt độ của nước khi có sự cân bằng nhiệt là 20,85 °C.

Câu 2: 

Tính khối lượng của dầu

Khối lượng của dầu được tính bằng công thức:

m_dầu=V*d

Trong đó:

• V=10 l=10/1000m³=0,01m³
• d=800kg/m³

Ta có:

m_dầu=0,01*800=8kg

Bước 2: Tính nhiệt lượng mà dầu hấp thụ

Nhiệt lượng mà dầu hấp thụ được tính bằng công thức:

Qdầu=m_dầu c_dầu(T_cb-T_dầu)

Trong đó:

• m_dầu=8kg
• c_dầu=1.900J/kg.K
• T_cb=40°C
• T_dầu=25°C

Ta có:

Q_dầu=81.900(40-25)

Q_dầu=81.90015=228.000J

Bước 3: Tính nhiệt lượng mà thép tỏa ra

Nhiệt lượng mà thép tỏa ra được tính bằng công thức:

Q_thép=m_thép c_thép(T_thép - T_cb)

Trong đó:

• m_thép = 2kg
• T_thép = 500°C
• T_cb = 40°C
• c_t thép là nhiệt dung riêng của thép cần tìm.

Ta có:

Q_thép = 2c_thép (500-40)

Q_thép = 2c_thép 460

Bước 4: Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt

Nhiệt lượng mà dầu hấp thụ bằng nhiệt lượng mà thép tỏa ra:

Q_dầu = Q_thép

Suy ra:

228.000 = 2c_thép(500-40)

Bước 5: Giải phương trình

Mở rộng phương trình:

228.000 = 2c_thép 460

Chia cả hai vế cho 2*460:

c_thép = 228.000/(2*460)

c_thép = 228.000/920 = 247,83J/kg.K

Vậy, nhiệt dung riêng của thép là 247,83J/kg.K.

Câu 3:

Nước sôi ở 100 °C vì đây là nhiệt độ mà nước chuyển từ trạng thái lỏng sang hơi ở áp suất khí quyển. Tuy nhiên, ấm điện, đặc biệt là phần kim loại, có nhiệt độ cao hơn vì kim loại dẫn nhiệt tốt và trực tiếp nhận nhiệt từ dây điện trở. Nội năng của ấm tăng lên nhanh chóng và có thể vượt quá 100 °C, trong khi nước chỉ đạt đến 100 °C trước khi bốc hơi. Hiện tượng này cho thấy sự khác biệt trong tính chất truyền nhiệt giữa kim loại và nước.

Câu 4: 

Kim loại dẫn nhiệt tốt hơn gỗ, nên khi chạm vào kim loại, nó nhanh chóng truyền nhiệt từ tay của chúng ta đi. Điều này làm nội năng của tay giảm nhanh hơn, gây cảm giác lạnh hơn so với khi chạm vào gỗ, vốn là vật liệu dẫn nhiệt kém. Cả hai vật thực tế đều ở cùng nhiệt độ phòng, nhưng khả năng dẫn nhiệt khác nhau tạo ra cảm giác nhiệt độ khác biệt.