Một miếng thép có khối lượng 1 kg được nung nóng đến 600 độ C rồi đặt trong 1 cốc cách nhiệt. Rót 200g nước ở nhiệt độ 20 độ C lên miếng thép. Tính nhiệt độ sau cùng của nước sau khi rót hết vào cốc trong mỗi trường hợp:
a. Nước được rót rất nhanh và cốc
b. Nước được rót rất chậm lên miếng thép
Cho nhiệt dung của nước là 4200 J/kg.k, của thép là 460 J/kg.k. Nhiệt hóa hơi của nước là L=2,3x10^-6 J/kg.k. Bỏ qua nhiệt lượng truyền cho cốc, cho không khí và cho hơi nước. Coi sự cân bằng nhiệt xảy ra tức thời.
a. Khi rót nước rất nhanh vào cốc thì cả 200g nước tăng nhiệt độ cùng một lúc :- Nhiệt lượng do thép toả ra để hạ nhiệt độ từ 600 xuống 1000C:Q1 = mcΔt = 1.460.( 600 – 100 ) = 230 000 ( J )- Nhiệt lượng cung cấp cho M = 200 g nước tăng từ 20 lên 1000C:Q2 = McΔt = 0,2.4200( 100 – 20 ) = 67200 (J)Q2 <Q1 nên toàn bộ nước đều chuyển lên 1000C, xảy ra hoá hơi.Nhiệt lượng làm cho nước hoá hơi:Q3 = Q1 – Q2 = 162 800 ( J )Khối lượng nước hoá hơi :M’ = Q3 / L = 162 800 / 2 300 000 = 0,0708 = 70,8 gM’ < M nên nước không thể bốc hơi hết,Nhiệt độ sau cùg của nước la 1000C.b) Khi rót nước rất chậm vào cốc thì từng ít một lương nước rót chậm đó tiếp xúc với thép, tăng nhanh nhiệt độ, hoá hơi, quá trình hoá hơi này sẽ dừng lại khi thép hạ nhiệt xuống đến 1000C.b, Khi rót nước rất chậm vào cốc thì từng ít một lượng nước rót chậm đó tiếp xúc với thép, tăng nhanh nhiệt độ, hoá hơi, quá trình hoá hơi này sẽ dừng lại khi thép hạ nhiệt độ xuông đến 1000C:Gọi m’ là khối lượng nước hoá hơi trong suốt quá trình rót, ta có:+ Nhiệt lượng cung cấp để lượng nước m’ tăng từ 20 lên 1000C :Q4 = m’cΔt = m’.4200.( 100 – 20 ) = 336 000 m’ ( J )+ Nhiệt luợng càn cho sự hóa hơi:Q5 = m’.L = m’. 2 300 000 m’ ( J )Khi cân bằng nhiệt ta có :Q1 = Q4 + Q5 230 000 = 336 000 m’ + 2 300 000 m’=> m’ = 0.08725 kg = 87,25 g- Khối lượng nước không hoá hơi :m’’ = 200 - 87,25 = 112,75 g- Gọi x là nhiệt độ sau cùng của nước và miếng thép :mc( 100 – x ) = m’’c’( x – 20 ) => 1.460.( 100 – x )= 0,11275.4200( x – 20 ) => x = 59,4 .Nhiệt độ sau cùng của nước là 59,4
