Chào các em học sinh thân mến! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau giải quyết một bài toán thực tế liên quan đến thí nghiệm đo nhiệt dung riêng của nước. Bài toán này sẽ giúp các em củng cố kiến thức về nhiệt lượng, công suất và hiệu suất.

Chúng ta cùng đọc kỹ đề bài nhé:

Trong thí nghiệm đo nhiệt dung riêng của nước, người ta dùng 1 bộ nguồn đun có công suất là 1800W với H=75%. Trong thời gian từ 7h-7h8p, 2 lít nước có nhiệt độ tăng từ 25 độ C đến 100 độ C. Yêu cầu: Trình bày chi tiết, tính nhiệt dung riêng của nước.

Để giải bài toán này, chúng ta sẽ đi qua các bước sau:

Bước 1: Tóm tắt đề bài

Chúng ta sẽ ghi lại những thông tin đã cho và những gì cần tìm.

Tóm tắt:

• Công suất của bộ nguồn đun: P = 1800W
• Hiệu suất của bộ nguồn: H = 75% = 0.75
• Thời gian đun: t = 7h8p – 7h = 8 phút
• Khối lượng nước: V = 2 lít. Ta biết khối lượng riêng của nước là \( \rho = 1000 \, kg/m^3 \), và \( 1 \, lít = 1 \, dm^3 = 10^{-3} \, m^3 \).
• Nhiệt độ ban đầu của nước: \( t_1 = 25^\circ C \)
• Nhiệt độ cuối cùng của nước: \( t_2 = 100^\circ C \)
• Nhiệt dung riêng của nước cần tìm: c = ?

Bước 2: Đổi đơn vị và tính toán các đại lượng cần thiết

Trước hết, chúng ta cần đổi thời gian sang đơn vị giây.

Thời gian đun: \( t = 8 \, phút = 8 \times 60 \, giây = 480 \, giây \)

Tiếp theo, chúng ta tính khối lượng của 2 lít nước.

Khối lượng nước: \( m = \rho \times V = 1000 \, kg/m^3 \times (2 \times 10^{-3} \, m^3) = 2 \, kg \)

Bước 3: Áp dụng công thức tính nhiệt lượng

Nhiệt lượng nước thu vào để nóng lên được tính theo công thức:

Nhiệt lượng nước thu vào: \( Q_{thu} = m \times c \times \Delta t \)

trong đó \( \Delta t = t_2 – t_1 \) là độ tăng nhiệt độ.

\( \Delta t = 100^\circ C – 25^\circ C = 75^\circ C \)

Vậy: \( Q_{thu} = 2 \times c \times 75 = 150c \, (J) \)

Nhiệt lượng mà bộ nguồn đun tỏa ra trong thời gian t được tính theo công thức:

Nhiệt lượng bộ nguồn tỏa ra: \( Q_{tỏa} = P \times t \)

\( Q_{tỏa} = 1800 \, W \times 480 \, s = 864000 \, J \)

Do hiệu suất của bộ nguồn là H = 75%, nên chỉ có 75% nhiệt lượng bộ nguồn tỏa ra được truyền cho nước.

Nhiệt lượng thực tế truyền cho nước: \( Q_{ng} = H \times Q_{tỏa} \)

\( Q_{ng} = 0.75 \times 864000 \, J = 648000 \, J \)

Bước 4: Thiết lập phương trình cân bằng năng lượng và tìm nhiệt dung riêng của nước

Theo nguyên lý truyền nhiệt, nhiệt lượng nước thu vào bằng nhiệt lượng thực tế được truyền cho nước.

\( Q_{thu} = Q_{ng} \)

\( 150c = 648000 \)

Bây giờ, chúng ta sẽ giải phương trình này để tìm c.

\( c = \frac{648000}{150} \)

\( c = 4320 \, J/(kg.K) \)

Kết luận

Vậy, nhiệt dung riêng của nước trong thí nghiệm này là \( 4320 \, J/(kg.K) \).

Các em thấy không, chỉ với những kiến thức cơ bản về nhiệt, chúng ta đã có thể giải quyết một bài toán thực tế rất thú vị. Lưu ý là giá trị nhiệt dung riêng của nước chúng ta thường gặp trong sách giáo khoa là khoảng \( 4200 \, J/(kg.K) \). Sự sai khác nhỏ này có thể do nhiều yếu tố trong quá trình thực nghiệm, ví dụ như việc nước sôi ở \( 100^\circ C \) ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn, hoặc do sự mất mát nhiệt ra môi trường xung quanh mà hiệu suất chưa tính hết.

Các em về nhà ôn lại các công thức này và thử áp dụng cho những bài tập tương tự nhé. Nếu có thắc mắc gì, đừng ngần ngại hỏi thầy. Chúc các em học tốt!