Chuyên đề Cân bằng nhiệt có sự chuyển thể

Ngày soạn : 16/02/2012 Ngày dạy : 24/02/2012 Tiết : 74 - 81 Chuyên đề 2 : Cân bằng nhiệt có sự chuyển thể I, LÍ THUYẾT 1,Nhiệt lượng vật thu vào để m kilogam vật nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy. M : là khối lượng của vật (Kg). : là nhiệt nóng chảy của chất làm vật (J/Kg). Q : là nhiệt lượng vật thu vào để m kilogam vật nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy (J). 2,Nhiệt lượng vật tỏa ra để m kilogam vật nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy. M : là khối lượng của vật (Kg). : là nhiệt đông đặc của chất làm vật (J/Kg). Q : là nhiệt lượng vật tỏa ra để m kilogam vật đông đặc hoàn toàn ở nhiệt độ đông đặc (J). 3,Nhiệt lượng vật thu vào để m kilogam vật hóa hơi hoàn toàn ở nhiệt độ hóa hơi. M : là khối lượng của vật (Kg). : là nhiệt hóa hơi của chất làm vật (J/Kg). Q : là nhiệt lượng vật thu vào để m kilogam vật hóa hơi hoàn toàn ở nhiệt độ hóa hơi (J). 4,Nhiệt lượng vật tỏa ra để m kilogam vật ngưng tụ hoàn toàn ở nhiệt độ ngưng tụ. M : là khối lượng của vật (Kg). : là nhiệt ngưng tụ của chất làm vật (J/Kg). Q : là nhiệt lượng vật tỏa ra để m kilogam vật đông đặc hoàn toàn ở nhiệt độ đông đặc (J). II, Phương pháp giải. xác định chất thu nhiệt,chất tỏa nhiệt,nhiệt lượng cần cho vật chuyển đổi chất. áp dụng phương trình cân bằng nhiệt để thiết lập các phương trình cần thiết. III, Bài tập áp dụng. Bài 1: Trong một bình bằng đồng có đựng một lượng nước đá có nhiệt độ ban đầu là t1 = - 5 oC. Hệ được cung cấp nhiệt lượng bằng một bếp điện. Xem rằng nhiệt lượng mà bình chứa và lượng chất trong bình nhận được tỷ lệ với thời gian đốt nóng (hệ số tỷ lệ không đổi). Người ta thấy rằng trong 60 s đầu tiên nhiệt độ của hệ tăng từ t1 = - 5 oC đến t2 = 0 oC, sau đó nhiệt độ không đổi trong 1280 s tiếp theo, cuối cùng nhiệt độ tăng từ t2 = 0 oC đến t3 = 10 oC trong 200 s. Biết nhiệt dung riêng của nước đá là c1 = 2100 J/(kg.độ), của nước là c2 = 4200 J/(kg.độ). Tìm nhiệt lượng cần thiết để 1kg nước đá tan hoàn toàn ở 00c. Giải Gọi K là hệ số tỷ lệ và l là nhiệt lượng cần thiết để 1 kg nước đá nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy. + Trong T1 = 60 s đầu tiên, bình và nước đá tăng nhiệt độ từ t1 = - 5oC đến t2 = 0 oC: k.T1 = (m1.c1 + mx.cx)(t2 - t1) (1) + Trong T2 = 1280 s tiếp theo, nước đá tan ra, nhiệt độ của hệ không đổi: k.T2 = m1.l (2) + Trong T3 = 200 s cuối cùng, bình và nước tăng nhiệt độ từ t2 = 0 oC đến t3 = 10oC: k.T3 = (m1.c2 + mx.cx)(t3 - t2) (3) Từ (1) và (3): Lấy (5) trừ đi (4): Chia 2 vế của 2 phương trình (2) và (6): Vậy: Thay số: Bài 4. Bỏ 100g nước đá ở vào 300g nước ở Nước đá có tan hết không? Nếu không hãy tính khối lượng đá còn lại . Cho nhiệt độ nóng chảy của nước đá là và nhiệt dung riêng của nước là c = 4200j/kg.k Giải Gọi nhiệt lượng của nước là từ 200C về 00Cvà của nước đá tan hết là Q thu ta có = = 0,3.4200.20 =25200j = 0,1.= 34000j Ta thấy Q thu > Qtoả nên nước đá không tan hết. Lượng nước đá chưa tan hết là = = 0,026 kg Bài 5. Trong một bình có chứa nước ở . Người ta thả vào bình nước đá ở = . Hảy tính nhiệt độ chung của hỗn hợp khi có cân bằng nhiệt trong các trường hợp sau đây: a) = 1kg b) = 0,2kg c) = 6kg cho nhiệt dung riêng của nước, của nước đá và nhiệt nóng chảy của nước đá lần lượt là Giải Nếu nước hạ nhiệt độ tới 00c thì nó toả ra một nhiệt lượng a) = 1kg nhiệt lượng cần cung cấp để nước đá tăng nhiệt độ tới ooc nước đá bị nóng chảy. Nhiệt lượng để nước đá nóng chảy hoàn toàn: nước đá chưa nóng chảy hoàn toàn. Vậy nhiệt độ cân bằng là 00C. Khối lượng nước đá đã đông đặc là Khối lượng nước đá đã nóng chảy được xác định bởi: Khối lượng nước có trong bình: Khối lượng nước đá còn lại b) : tính tương tự như ở phần a . nước đá đã nóng chảy hết và nhiệt độ cân bằng cao hơn Ooc. Nhiệt độ cân bằng được xác định từ Từ đó Khối lượng nước trong bình: Khối lượng nước đá c) : nước hạ nhiệt độ tới Oocvà bắt đầu đông đặc. - Nếu nước đông đặc hoàn toàn thì nhiệt lượng toả ra là: : nước chưa đông đặc hoàn toàn, nhiệt độ cân bằng là ooc - Khối lượng nước đá có trong bình khi đó: Khối lượng nước còn lại: Bài tập tương tự Bài 6. Thả 1, 6kg nước đá ở -100c vào một nhiệt lượng kế đựng 1,6kg nước ở 800C; bình nhiệt lượng kế bằng đồng có khối lượng 200g và có nhiệt dung riêng c = 380j/kgk Nước đá có tan hết hay không Tính nhiệt độ cuối cùng của nhiệt lượng kế. Cho biết nhiệt dung riêng của nước đá là 2100j/kgk và nhiệt nóng chảy của nước đá là Bài 7. Trong một nhiệt lượng kế có chứa 1kg nước và 1kg nước đá ở cùng nhiệt độ O0c, người ta rót thêm vào đó 2kg nước ở 500C. Tính nhiệt độ cân bằng cuối cùng. Đáp số : Bài 6 a) nước dá không tan hết b)00C Bài 7 t = 4,80C Làm bài tập từ bài 2.30 đến 2.50 trong sách bài tập