Gọi V là thể tích ở nhiệt độ t và V 0  là thể tích ở 0 ° C của thỏi sắt. Theo công thức nở khối vì nhiệt, ta có :

V =  V 0 (1 + β t)

với β là hệ số nở khối của sắt. Vì khối lượng m của thỏi sắt không phụ thuộc nhiệt độ nên khối lượng riêng D của thỏi sắt ở nhiệt độ t liên hệ với khối lượng riêng D0 của nó ở 0oC theo công thức :

D/ D 0  =  V 0 /V ⇒ D = m/V =  D 0 /(1 +  β t)

Từ đó suy ra nhiệt độ t của thỏi sắt trước khi thả nó vào cốc nước đá :

t = ( D 0 V - m)/m β

Thay số ta tìm được:

Nhiệt lượng cần phải cung cấp để làm cho một cục nước đá có khối lượng 200 g nước đá ở -20 ° C tan thành nước và được đun sôi để biến hoàn toàn thành hơi nước ở 100 ° C

Q = c đ m( t 1  -  t 0 ) + λ m + c n m( t 2  -  t 1 ) + Lm

hay Q = m [ c đ ( t 1  -  t 0 ) +  λ +  c n ( t 2 -  t 1 ) + L]

Thay số, ta tìm được :

Q = 0,2. [2,09. 10 3  (0 - (-20)) + 3,4. 10 5  + 4,18. 10 3  (100 - 0) + 2,3. 10 6 ]

hay Q = 205 960 J ≈ 206 kJ

Khối lượng M của phần nước đá tan thành nước sau khi thả thỏi sắt nóng có nhiệt độ t ° C vào cốc nước đá ở 0 ° C được xác định bởi điều kiện cân bằng nhiệt:

M λ = cmt ⇒ M = cmt/ λ

trong đó  λ  là nhiệt nóng chảy riêng của nước đá, c là nhiệt dung riêng của thỏi sắt có khối lượng m.

Thay số, ta tìm được :

Gọi λ là nhiệt nóng chảy riêng của cục nước đá khối lượng  m 0  ở t 0 = 0 ° C ; còn c 1 ,  m 1 ,  c 2 ,  m 2  là nhiệt dung riêng và khối lượng của cốc nhôm và của lượng nước đựng trong cốc ở nhiệt độ  t 1  = 20 ° C. Nếu gọi t ° C là nhiệt độ của nước trong cốc nhôm khi cục nước đá vừa tan hết thì lượng nhiệt do cục nước đá ở  t 0  = 0 ° C đã thu vào để tan thành nước ở t ° C bằng :

Q = λ m 0  +  c 2 m 0 (t -  t 0 ) =  m 0 ( λ +  c 2 t)

Còn nhiệt lượng do cốc nhôm và lượng nước đựng trong cốc ở  t 1  = 20 ° C. toả ra để nhiệt độ của chúng giảm tới toC (với t < t 1 ) có giá trị bằng :

Q'= ( c 1 m 1  + c 2 m 2 )( t 1  - t)

Theo định luật bảo toàn năng lượng, ta có :

Q' = Q ⇒ ( c 1 m 1  +  c 2 m 2 ) ( t 1  - t) =  m 0 ( λ  +  c 2 t)

Từ đó suy ra :

Thay số : t ≈ 3,7 ° C.

Câu 1:

a.

Nhiệt độ ngay khi cân bằng nhiệt: 

\(t_1-t=260^0C-50^0C=210^0C\)

b.

Nhiệt lượng nước thu vào: 

\(Q_{thu}=mc\left(t-t_1\right)=2\cdot4200\cdot\left(50-20\right)=252000\left(J\right)\)

c. 

Cân bằng nhiệt: \(Q_{toa}=Q_{thu}=252000\left(J\right)\)

\(\Leftrightarrow252000=m\cdot460\cdot210=96600m\)

\(\Leftrightarrow m\approx2,6\left(kg\right)\)

Câu 2:

a.

Nhiệt lượng nước thu vào:

\(Q_{thu}=mc\left(t-t_1\right)=0,47\cdot4200\cdot\left(25-20\right)=9870\left(J\right)\)

b. 

Cân bằng nhiệt: \(Q_{toa}=Q_{thu}=9870\left(J\right)\)

\(\Leftrightarrow0,15\cdot880\cdot\left(t_1-25\right)=9870\)

\(\Leftrightarrow132t-3300=9870\)

\(\Leftrightarrow t\approx99,8^0C\)

Nhiệt lượng cần cung cấp: Q = lm + cm t 2 - t 1 = 1694400 J.

Ta có:

Q_toa là nhiệt lượng mà sắt tỏa ra

Q_thu là nhiệt lượng mà nước và nhôm nhận được để tăng nhiệt độ lên 80⁰C và nhiệt lượng của 5g nước tăng từ 20⁰C lên 100⁰C rồi hóa hơi

Khi quả cầu bắt đầu chạm vào m1=5g nước đã bốc hơi nên lượng nước tăng từ 20⁰C lên 80⁰C chỉ có

m′ = 100 − 5 = 95g

+ Q t o a = m F e c F e t - 80

+ Q t h u = m A l c A l 80 - 20 + m ' c n c 80 - 20 + m 1 c n c 100 - 20 + m 1 L

Theo phương trình cân bằng nhiệt, ta có:

Đáp án: A

Gọi λ là nhiệt nóng chảy riêng của cục nước đá khối lượng  m 0 , còn c 1 ,  m 1 ,  c 2 ,  m 2  là nhiệt dung riêng và khối lượng của cốc đồng và của lượng nước đựng trong cốc.

- Lượng nhiệt do cốc đồng và lượng nước đựng trong cốc ở t 1  = 25 ° C toả ra để nhiệt độ giảm tới t = 15,2 ° C có giá trị bằng :

Q = ( c 1 m 1  +  c 2 m 2 ) ( t 1  -t)

- Lượng nhiệt do cục nước đá ở  t 0  = 0 ° C thu vào để tan thành nước ở t = 15,2 ° C có giá trị bằng :

Q' =  m 0 ( λ  +  c 2 t)

Theo nguyên lí cân bằng nhiệt, ta có :

Q' = Q ⇒  m 0 ( λ  +  c 2 t) = ( c 1 m 1  +  c 2 m 2 ) ( t 1  -t)

Từ đó suy ra :

Thay số với chú ý m0 = 0,775 - 0,700 = 0,075 kg, ta tìm được :