Một bình chứa được \(7{\rm{ g}}\) khí Nitơ (\({N_2}\)) ở nhiệt độ \({27^^\circ }{\rm{C}}\) dưới áp suất \(5,11 \cdot {10^5}{\rm{ N/}}{{\rm{m}}^2}\). Người ta thay khí Nitơ bằng khí \(X\) khác. Lúc này nhiệt độ là \({53^^\circ }{\rm{C}}\), bình chỉ chứa được \(4{\rm{ g}}\) khí đó dưới áp suất \(44,4 \cdot {10^5}{\rm{ N/}}{{\rm{m}}^2}\). Hỏi khí \(X\) là khí gì?

Lời giải:

Theo đề, ta có:

Nhiệt độ sôi của nước: \({100^^\circ }{\rm{C}} = 60{\rm{Z}}\)

Điểm đóng băng của nước: \({0^^\circ }{\rm{C}} =  - 15{\rm{Z}}\)

Nhiệt độ muốn đổi: \( - 96{\rm{Z}} = {?^^\circ }{\rm{F}}\)

Ta giả sử công thức là tuyến tính: \(C = a \cdot Z + b\)

Thay các điểm mốc:

Điểm sôi: \(100 = a \cdot 60 + b\)

Điểm đóng băng: \(0 = a \cdot ( - 15) + b\)

Từ phương trình điểm đóng băng:

Ta có hệ phương trình:

\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{60a + b = 100}\\{ - 15a + b = 0}\end{array}} \right.\)

\( \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{60a + 15a = 100}\\{b = 15a}\end{array}} \right. \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{75a = 100}\\{b = 15a}\end{array}} \right. \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{a = \frac{4}{3}}\\{b = 20}\end{array}} \right.\)

Vậy công thức chuyển \(Z \to C\): \(C = \frac{4}{3}Z + 20\)

Chuyển \( - 96{\rm{Z}}\) sang \(C\): \(C = \frac{4}{3} \cdot ( - 96) + 20 =  - 128 + 20 =  - {108^^\circ }{\rm{C}}\)

Chuyển \(C\) sang Fahrenheit:

Công thức: \(F = \frac{9}{5}C + 32\)

\( \Rightarrow F = \frac{9}{5}( - 108) + 32 =  - 194.4 + 32 =  - {162.4^^\circ }{\rm{F}}\)

3. Từ khóa 'người ta truyền một nhiệt lượng 100j'

Trong quá trình truyền nhiệt, nước đang sôi sẽ là vật tỏa nhiệt và nước ở \({10^^\circ }{\rm{C}}\) sẽ là vật thu nhiệt.

Gọi \(x\) là thể tích nước đang sôi (lít) thì thể tích nước ở \({10^^\circ }{\rm{C}}\) là \(30 - x\) (lít).

Vậy khối lượng nước đang sôi cũng ứng với \(x\) (kg) và khối lượng nước ở \({10^^\circ }{\rm{C}}\) là \((30 - x)\) (kg) \((m = D \cdot V = 1 \cdot V = V)\).

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: \({Q_{{\rm{thu}}}} = {Q_{{\rm{toa}}}}\)

\( \Rightarrow {m_{{\rm{thu}}}} \cdot {C_{{H_2}O}} \cdot (40 - 10) = {m_{{\rm{t?a}}}} \cdot {C_{{H_2}O}} \cdot (100 - 40)\)

\( \Leftrightarrow (30 - x) \cdot (40 - 10) = x \cdot 60\)

Shift solve: \(x = 10\)

Vậy cần đổ 10 lít nước đang sôi vào 20 lít nước ở \({10^^\circ }{\rm{C}}\) để thỏa mãn yêu cầu đề bài.