Đáp án Vật lí 12 kết nối Bài 6: Nhiệt hoá hơi riêng

BÀI 6. NHIỆT HÓA HƠI RIÊNG

KHỞI ĐỘNG

Khi nước bắt đầu sôi, phải tiếp tục cung cấp nhiệt lượng cho nước để nước tiếp tục sôi (hóa hơi). Làm thế nào để xác định được độ lớn của nhiệt lượng làm hoá hơi hoàn toàn một lượng nước ở nhiệt độ không đổi?

Hướng dẫn chi tiết:

Khi nước bắt đầu sôi, phải tiếp tục cung cấp nhiệt lượng cho nước để nước tiếp tục sôi (hóa hơi). Để xác định được độ lớn của nhiệt lượng làm hoá hơi hoàn toàn một lượng nước ở nhiệt độ không đổi ta dùng công thức sau:

Trong đó:

+ Q là nhiệt lượng cần truyền cho chất lỏng (J)

+ m là khối lượng chất lỏng (kg)

+ L là nhiệt hoá hơi riêng của chất lỏng (J/K)

I. KHÁI NIỆM HÓA HƠI RIÊNG

Hoạt động 1: Tính nhiệt lượng cần thiết để làm cho 10 kg nước ở 25 ^oC chuyển hoàn toàn thành hơi nước ở 100 ^oC. Cho nhiệt lượng của nước là 4 200 J/kg.K; nhiệt hóa hơi riêng của nước ở 100 ^oC là 2,26.10⁶ J/kg.

Hướng dẫn chi tiết:

Theo đề bài có: m = 10 kg ; c = 4200 J/kg.K ; L = 2,26.10⁶ J/kg; t₁=25 ^oC; 

t₂ = 100 ^oC

Nhiệt lượng cần truyền cho nước để nhiệt độ của nó tăng lên 100℃ là:

Q’ = mc∆t = 10. 4200. (100-25) = 315.10⁴ J

Nhiệt lượng cần truyền cho nước để hoá hơi hoàn toàn ở 100℃ là:

Q” = Lm = 2,26.10⁶.10 = 2,26.10⁷ J

Ta có: Q = Q’ + Q” = 315.10⁴ + 2,26.10⁷ = 2574.10⁴ J

Vậy nhiệt lượng cần thiết để làm cho 10 kg nước ở 25℃ chuyển hoàn toàn thành hơi nước ở 100℃ là: 2574.10⁴ J

Hoạt động 2: Vận động viên chạy Marathon mất rất nhiều nước trong khi thi đấu. Các vận động viên thường chỉ có thể chuyển hóa khoảng 20% năng lượng hóa học dự trữ trong cơ thể thành năng lượng dùng cho các hoạt động của cơ thể, đặc biệt là hoạt động chạy. Phần năng lượng còn lại chuyển thành nhiệt thải ra ngoài nhờ sự bay hơi của nước qua hô hấp và da để giữ cho nhiệt độ cơ thể không đổi. Nếu vận động viên dùng hết 11 000 kJ trong cuộc thi thì có khoảng bao nhiêu lít nước đã thoát ra khỏi cơ thể? Coi nhiệt độ cơ thể của vận động viên hoàn toàn không đổi và nhiệt hóa hơi riêng của nước trong cơ thể vận động viên là 2,45.10⁶ J/kg.

Hướng dẫn chi tiết:

Theo đề bài có: Q = 11000 kJ , L= 2,45.10⁶ J/kg

Các vận động viên thường chỉ có thể chuyển hóa khoảng 20% năng lượng hóa học dự trữ trong cơ thể thành năng lượng dùng.

Còn 80% năng lượng còn lại chuyển thành nhiệt thải ra ngoài.

Nếu vận động viên dùng hết 11 000 kJ trong cuộc thi thì phần năng lượng chuyển thành nhiệt để thải ra ngoài là: 11000.10³ .80% = 88.10⁵ J

Số lít nước thoát ra ngoài cơ thể là: kg 

Vây số lít nước thoát ra ngoài cơ thể là 3,59 kg.

II. THỰC HÀNH ĐO NHIỆT HÓA HƠI RIÊNG CỦA NƯỚC

Hoạt động: Hãy trả lời các câu hỏi sau:

- Từ công thức (6.3), cho biết cần đo đại lượng nào để xác định nhiệt hóa hơi riêng của nước.

- Nhiệt lượng làm cho nước trong bình nhiệt lượng kế hóa hơi được lấy từ đâu?

- Xác định nhiệt lượng nước trong bình nhiệt lượng kế thu được để hóa hơi bằng cách nào?

- Mô tả các bước tiến hành thí nghiệm.

- Để đảm bảo an toàn trong khi làm thí nghiệm cần phải chú ý điều gì?

Hướng dẫn chi tiết:

- Để xác định nhiệt hóa hơi riêng của nước ta cần biết khối lượng chất lỏng m và Q - nhiệt lượng cần truyền cho chất lỏng.

- Nhiệt lượng làm cho nước trong bình nhiệt kế hoá hơi lấy từ bếp điện hoặc muột nguồn điện nào đó có thể đun nóng được.

- Xác định nhiệt lượng nước trong bình nhiệt lượng kế thu được để hóa hơi bằng cách sử dụng công thức: :  

Trong đó:

+ Q là nhiệt lượng cần truyền cho chất lỏng (J)

+ m là khối lượng chất lỏng (kg)

+ L là nhiệt hoá hơi riêng của chất lỏng (J/K).

- Mô tả các bước tiến hành thí nghiệm: 

Bước 1: Đo lượng nước: ta sử dụng cân đong để đong lượng nước chính xác mà đề bài yêu cầu  và đổ nước vào bình nhiệt kế. Ghi lại khối lượng vừa đo được.

Bước 2: Ta sử dụng nhiệt kế để đo nhiệt độ của nước lúc này. Ghi lại nhiệt độ vừa đo được.

Bước 3: Đặt bình nhiệt kế trên nguồn điện và đun lên đến khi nước nóng và bốc hơi hoàn toàn.

Bước 4: Sau một khoảng thời gian cố định mà giáo viên yêu cầu thì dùng nhiệt kế đo lại nhiệt độ của bình nước và ghi lại kết quả.

Bước 5: Tính toán kết quả, sử dụng công thức Q =mc∆T

 Trong đó:

+ m là khối lượng của nước

+ c là nhiệt dung riêng của nước 

+ ∆T là sự thay đổi của nhiệt độ của nước ban đầu và sau khi đun.

Bước 6: Tính toán kết quả 

Bước 6: Đánh giá kết quả và nhật xét.

- Để đảm bảo an toàn trong khi làm thí nghiệm cần phải:

+ Chú ý tuân thủ an toàn quy tắc phòng thí nghiệm

+ Lúc dùng nhiệt kế đo nước cần phải cẩn thận không bị bỏng

+ Dụng cụ thí nghiệm cần phải đảm bảo an toàn

+ Chú ý quan sát thí nghiệm và xử lí kịp thời.

Hoạt động: Từ kết quả thí nghiệm thu được, thực hiện các yêu cầu sau: