Nung nóng một thỏi đồng hình lập phương cạnh a=10cm rồi đặt thẳng đứng vào trong một nhiệt lượng kế bằng đồng đáy là hình vuông cạnh b = 20 cm, thành thẳng đứng, khối lượng 200g. Khi có sự cân bằng nhiệt, đổ từ từ nước có sẵn trong phòng vào nhiệt lượng kế. Để mức nước trong nhiệt lượng kế ngang bằng đáy trên của thỏi đồng thì cần phải đưa vào đó 3,5 kg nước. Nhiệt độ cuối cùng trong nhiệt lượng kế là 50OC. Hãy xác định nhiệt độ của thỏi đồng trước khi bỏ vào nhiệt lượng kế.
Biết nhiệt độ nơi làm thí nghiệm là 20OC; nhiệt hóa hơi của nước L = 2,3.106 J/kg; khối lượng riêng của đồng D=8900kg/m3; nhiệt dung riêng của nước và đồng lần lượt là C1 = 4200j/kg.K và C2 = 400j/kg.K.
Một số tính toánvà phân tích hiện tượng:
Thể tích và khối lượng thỏi đồng là V = a3= 10-3m3 và m=V1.D2 = 8,9kg
Thể tích trống bên trong nhiệt lượng kế xung quanh thỏi đồng là V/ = b2.a – a3 = 3.10-3m3.
Số nước cuối cùng trong nhiệt lượng kế là m1= 3kg < 3,5kg.
Như vậy đã có lượng nước bị hóa hơi trong quá trình thí nghiệm, lượng đó là m2 =0,5 kg.
Gọi nhiệt độ ban đầu của thỏi đồng là t, nhiệt độ cuối cùng là t2.
Các phương trình sau khi đã thay số:
-Nhiệt lượng tỏa ra do thỏi đồng tỏa nhiệt: Q = m.C2 (t- t2)= 8,9.400 (t-50)=3560(t-50)
-Nhiệt lượng các quá trình thu nhiệt:
m2 kg nước tăng từ t1=20OC lên 100OC và hóa hơi:
Q1= 0,5.4200 (100-20) + 0,5. 2,3.106 = 1318000(J)
m1 kg nước và nhiệt lượng kế tăng từ 20OC lên 50OC :
Q2= (3.4200+0,2.400).(50-20) = 380400(J)
Phương trình cân bằng nhiệt:Q= Q+ Q2
Thay số tính ra t = 527OC.
