Hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau phân tích và giải quyết một bài tập rất hay liên quan đến nhiệt học, cụ thể là quá trình nung nóng và chuyển thể của một vật liệu. Đây là một dạng bài thường gặp trong chương trình Vật lý lớp 12, giúp các em củng cố kiến thức về nhiệt dung riêng và nhiệt nóng chảy riêng.

Đề bài:

Câu 6: Cho miếng nhôm khối lượng 100 g ở nhiệt độ 20°C, nó hóa lỏng ở nhiệt độ 660°C. Nhôm có nhiệt dung riêng là 896 J/(kg.K), nhiệt nóng chảy riêng là \( 3,9.10^5 \) J/kg.

a) Cần cung cấp nhiệt lượng 896 J để nhiệt độ của 100g nhôm tăng thêm 1K

b) Cần cung cấp nhiệt lượng 57344 J để tăng nhiệt độ miếng nhôm từ 20 độ C lên 660 độ C

c) Cần cung cấp nhiệt lượng \( 3,9 * 10^5 \) J để miếng nhôm ở nhiệt độ 660 độ C hoá lỏng hoàn toàn

d) Nhiệt lượng cần cung cấp cho miếng nhôm hóa lỏng hoàn toàn là \( 39*10^5 \) J.

Phân tích đề bài và tóm tắt dữ liệu:

Trước hết, chúng ta cần tóm tắt các thông số đã cho để tiện cho việc tính toán:

• Khối lượng miếng nhôm: \( m = 100 \text{ g} = 0,1 \text{ kg} \)
• Nhiệt độ ban đầu: \( t_1 = 20^\circ\text{C} \)
• Nhiệt độ hóa lỏng: \( t_{\text{hl}} = 660^\circ\text{C} \)
• Nhiệt dung riêng của nhôm: \( c = 896 \text{ J/(kg.K)} \)
• Nhiệt nóng chảy riêng của nhôm: \( \lambda = 3,9.10^5 \text{ J/kg} \)

Giải chi tiết từng phương án:

Chúng ta sẽ lần lượt kiểm tra tính đúng sai của từng phát biểu một.

1. Kiểm tra phương án a) “Cần cung cấp nhiệt lượng 896 J để nhiệt độ của 100g nhôm tăng thêm 1K”

Để tính nhiệt lượng cần cung cấp để thay đổi nhiệt độ của một vật, chúng ta sử dụng công thức: \( Q = m \cdot c \cdot \Delta t \).

• Khối lượng \( m = 0,1 \text{ kg} \)
• Nhiệt dung riêng \( c = 896 \text{ J/(kg.K)} \)
• Độ tăng nhiệt độ \( \Delta t = 1 \text{ K} \)

Thay các giá trị vào công thức, ta có:

\( Q_a = 0,1 \text{ kg} \cdot 896 \text{ J/(kg.K)} \cdot 1 \text{ K} = 89,6 \text{ J} \)

Phương án a) nói rằng cần 896 J. Giá trị này khác với kết quả tính toán của chúng ta (89,6 J).

Kết luận: Phương án a) là sai.

2. Kiểm tra phương án b) “Cần cung cấp nhiệt lượng 57344 J để tăng nhiệt độ miếng nhôm từ 20 độ C lên 660 độ C”

Đây là nhiệt lượng cần thiết để làm nóng miếng nhôm từ nhiệt độ ban đầu lên đến nhiệt độ hóa lỏng, trong khi nhôm vẫn ở thể rắn. Chúng ta vẫn sử dụng công thức \( Q = m \cdot c \cdot \Delta t \).

• Khối lượng \( m = 0,1 \text{ kg} \)
• Nhiệt dung riêng \( c = 896 \text{ J/(kg.K)} \)
• Độ tăng nhiệt độ \( \Delta t = t_{\text{hl}} – t_1 = 660^\circ\text{C} – 20^\circ\text{C} = 640^\circ\text{C} \). Lưu ý rằng độ chênh lệch nhiệt độ theo Celsius và Kelvin là như nhau, nên \( \Delta t = 640 \text{ K} \).

Thay các giá trị vào công thức, ta có:

\( Q_b = 0,1 \text{ kg} \cdot 896 \text{ J/(kg.K)} \cdot 640 \text{ K} \)

\( Q_b = 89,6 \cdot 640 \text{ J} \)

\( Q_b = 57344 \text{ J} \)

Kết quả tính toán của chúng ta hoàn toàn trùng khớp với giá trị trong phương án b).

Kết luận: Phương án b) là đúng.

3. Kiểm tra phương án c) “Cần cung cấp nhiệt lượng \( 3,9 * 10^5 \) J để miếng nhôm ở nhiệt độ 660 độ C hoá lỏng hoàn toàn”

Để tính nhiệt lượng cần cung cấp cho quá trình nóng chảy hoàn toàn của một vật ở nhiệt độ hóa lỏng, chúng ta sử dụng công thức: \( Q = m \cdot \lambda \).

• Khối lượng \( m = 0,1 \text{ kg} \)
• Nhiệt nóng chảy riêng \( \lambda = 3,9.10^5 \text{ J/kg} \)

Thay các giá trị vào công thức, ta có:

\( Q_c = 0,1 \text{ kg} \cdot 3,9.10^5 \text{ J/kg} \)

\( Q_c = 0,39.10^5 \text{ J} \)

\( Q_c = 39000 \text{ J} \)

Phương án c) nói rằng cần \( 3,9 * 10^5 \) J. Giá trị này bằng với nhiệt nóng chảy riêng \( \lambda \) chứ không phải nhiệt lượng cần cho 100g nhôm nóng chảy. Rõ ràng có sự khác biệt.

Kết luận: Phương án c) là sai.

4. Kiểm tra phương án d) “Nhiệt lượng cần cung cấp cho miếng nhôm hóa lỏng hoàn toàn là \( 39*10^5 \) J.”

Phát biểu này có thể hiểu là tổng nhiệt lượng từ trạng thái ban đầu (20°C) cho đến khi hóa lỏng hoàn toàn ở 660°C.
Nhiệt lượng tổng cộng bao gồm hai phần:

• Nhiệt lượng làm tăng nhiệt độ từ 20°C lên 660°C ( \( Q_b \) đã tính ở trên)
• Nhiệt lượng làm nóng chảy hoàn toàn ở 660°C ( \( Q_c \) đã tính ở trên)

Tổng nhiệt lượng cần cung cấp sẽ là:

\( Q_d = Q_b + Q_c \)

\( Q_d = 57344 \text{ J} + 39000 \text{ J} \)

\( Q_d = 96344 \text{ J} \)

Phương án d) nói rằng cần \( 39*10^5 \text{ J} = 3.900.000 \text{ J} \). Giá trị này rất lớn và không khớp với kết quả tính toán của chúng ta.

Kết luận: Phương án d) là sai.

Tổng kết:

Qua phân tích chi tiết từng phương án, chúng ta thấy rằng chỉ có phương án b) là đưa ra giá trị chính xác dựa trên các công thức và dữ liệu đã cho.

Do đó, đáp án đúng của câu hỏi này là b).

Mong rằng bài giải này đã giúp các em hiểu rõ hơn về cách tính toán nhiệt lượng trong các quá trình thay đổi nhiệt độ và chuyển thể. Hãy luôn ghi nhớ các công thức cơ bản và cẩn thận trong việc thay số và tính toán nhé!

Chúc các em học tốt!