Câu 2. Một ấm điện công suất 1 000 W. Tính thời gian cần thiết để đun 300 g nước có nhiệt độ ban đầu là 20 °C đến khi sôi ở áp suất tiêu chuẩn. Để nước trong ấm sôi thêm 2 phút thì thì tắt bếp. Lấy nhiệt dung riêng và nhiệt hóa hơi riêng của nước là \( c = 4200 \, \text{J/kg.K} \), \( L = 2,26.10^6 \, \text{J/kg} \).

Chúng ta sẽ đi phân tích từng yêu cầu của đề bài và xem các đáp án đưa ra có đúng không nhé.

1. Tính thời gian cần thiết để đun nước đến khi sôi.

Đầu tiên, chúng ta cần xác định các đại lượng đã cho:
* Công suất của ấm điện: \( P = 1000 \, \text{W} \)
* Khối lượng nước: \( m = 300 \, \text{g} = 0,3 \, \text{kg} \)
* Nhiệt độ ban đầu của nước: \( t_1 = 20 \, \text{°C} \)
* Nhiệt độ sôi của nước ở áp suất tiêu chuẩn: \( t_2 = 100 \, \text{°C} \)
* Nhiệt dung riêng của nước: \( c = 4200 \, \text{J/kg.K} \)

Để tính thời gian cần thiết để đun nước đến khi sôi, chúng ta cần tính nhiệt lượng cần thiết để làm nóng nước. Công thức tính nhiệt lượng là:
\( Q = m \cdot c \cdot \Delta t \)
Trong đó \( \Delta t = t_2 – t_1 \) là độ tăng nhiệt độ.

Thay số vào, ta có:
\( \Delta t = 100 \, \text{°C} – 20 \, \text{°C} = 80 \, \text{°C} \)
\( Q = 0,3 \, \text{kg} \cdot 4200 \, \text{J/kg.K} \cdot 80 \, \text{K} = 100800 \, \text{J} \)

Công suất của ấm điện được định nghĩa là nhiệt lượng mà ấm tỏa ra trong một đơn vị thời gian. Do đó, ta có công thức liên hệ giữa công suất, nhiệt lượng và thời gian:
\( P = \frac{Q}{t} \)
Suy ra thời gian \( t = \frac{Q}{P} \).

Thay số vào, ta có:
\( t = \frac{100800 \, \text{J}}{1000 \, \text{W}} = 100,8 \, \text{s} \)

Đổi sang phút:
\( t = \frac{100,8}{60} \, \text{phút} \approx 1,68 \, \text{phút} \)

Bây giờ, chúng ta cùng xem xét các đáp án:

a) Thời gian cần để nước đạt đến nhiệt độ sôi là 1,68 phút.
Dựa vào phép tính của chúng ta, đáp án này là ĐÚNG.

b) Nhiệt lượng cần để nước đạt đến nhiệt độ sôi là 10080J.
Chúng ta đã tính nhiệt lượng cần thiết là \( Q = 100800 \, \text{J} \). Đáp án này có vẻ sai vì thiếu số 0. Tuy nhiên, nếu đề bài cho đơn vị là kilojoule (kJ) thì mới đúng. Với đơn vị Joule (J) thì đáp án này là SAI.

c) Với ấm điện trên trong thời gian 2 phút có thể đun sôi lượng nước là 4,2kg ở 20°C.
Để kiểm tra đáp án này, chúng ta cần tính nhiệt lượng mà ấm điện có thể cung cấp trong 2 phút (tức là 120 giây).
Nhiệt lượng cung cấp trong 2 phút là:
\( Q_{cungcap} = P \cdot t = 1000 \, \text{W} \cdot 120 \, \text{s} = 120000 \, \text{J} \)

Bây giờ, chúng ta giả sử có 4,2 kg nước ở 20°C cần đun sôi. Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi 4,2 kg nước này là:
\( Q_{cầnthiết} = m’ \cdot c \cdot \Delta t \)
Ở đây, \( m’ = 4,2 \, \text{kg} \), \( c = 4200 \, \text{J/kg.K} \), \( \Delta t = 100 \, \text{°C} – 20 \, \text{°C} = 80 \, \text{°C} \)
\( Q_{cầnthiết} = 4,2 \, \text{kg} \cdot 4200 \, \text{J/kg.K} \cdot 80 \, \text{K} = 1411200 \, \text{J} \)

So sánh nhiệt lượng cung cấp và nhiệt lượng cần thiết: \( 120000 \, \text{J} < 1411200 \, \text{J} \). Vậy, trong 2 phút, ấm điện không thể đun sôi 4,2 kg nước. Đáp án này là SAI.

d) Nhiệt lượng đã chuyển cho nước trong thời gian thêm 2 phút là 120000J.
Thời gian thêm 2 phút (tức là 120 giây) là thời gian nước đã sôi và được giữ sôi thêm. Trong thời gian này, ấm điện tiếp tục cung cấp nhiệt lượng.
Nhiệt lượng đã chuyển cho nước trong 2 phút là:
\( Q_{chuyển} = P \cdot t’ \)
Ở đây \( t’ = 2 \, \text{phút} = 120 \, \text{s} \)
\( Q_{chuyển} = 1000 \, \text{W} \cdot 120 \, \text{s} = 120000 \, \text{J} \)

Đáp án này là ĐÚNG.

Kết luận:
Trong các lựa chọn đã cho, chúng ta có hai đáp án đúng là:
* a) Thời gian cần để nước đạt đến nhiệt độ sôi là 1,68 phút.
* d) Nhiệt lượng đã chuyển cho nước trong thời gian thêm 2 phút là 120000J.

Các em có câu hỏi nào không? Nếu không có, chúng ta sẽ chuyển sang bài tập tiếp theo.