Một nhiệt lượng kế \({\rm{m}} = 100\;{\rm{g}}\) nước ở nhiệt độ \({100^\circ }{\rm{C}}\), thả vào nhiệt lượng kế một cục nước đá thứ nhất có khối lượng \({{\rm{m}}_1} = 100\;{\rm{g}}\) ở nhiệt độ \({{\rm{t}}_1} = - {10^\circ }{\rm{C}}\). Sau khi cân bằng nhiệt, tiếp tục thả vào nhiệt lượng kế một cục nước đá thứ hai giống hệt cục nước đá thứ nhất. Cho biết nhiệt dung riêng của nước là \(4200\;{\rm{J}}/{\rm{kg}}\).K, nhiệt dung riêng của nước đá là \(2100\;{\rm{J}}/{\rm{kg}}.{\rm{K}}\), nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là \(3,34 \cdot {10^5}\;{\rm{J}}/{\rm{kg}}\). Coi rằng không có sự trao đổi nhiệt của nhiệt lượng kế với môi trường xung quanh.

Khi thả viên đá vào bình nhiệt lượng kế thì viên đá thu nhiệt \( \Rightarrow \) a) Sai

Nhiệt lượng đá thu vào để tăng nhiệt độ lên \({0^\circ }{\rm{C}}\) là \({Q_1} = {m_1}{c_d}\Delta {t_1} = 0,1.2100.10 = 2100\;{\rm{J}}\)

Nhiệt nóng chảy hoàn toàn là \({Q_{nc}} = {m_1}\lambda = 0,1.3,34 \cdot {10^5} = 33400\;{\rm{J}}\)

Nhiệt lượng nước tỏa ra nếu hạ nhiệt độ xuống \({0^\circ }{\rm{C}}\) là \({Q_n} = {m_n}{c_n}{t_n} = 0,1.4200 \cdot 100 = 42000\;{\rm{J}}\)

Vì \({Q_n} > {Q_1} + {Q_{nc}}\) nên nước đá tan hoàn toàn và nhiệt độ cân bằng lớn hơn \({0^\circ }{\rm{C}} \Rightarrow \) b) Sai

Lượng nước có trong nhiệt lượng kế khi cân bằng lần 1 là \(100 + 100 = 200\;{\rm{g}} \Rightarrow \) c) Đúng

Xét toàn bộ quá trình thì \(2{Q_1} < {Q_n} < 2{Q_{nc}}\) nên nước đá không tan hết và nhiệt độ cân bằng là \({0^\circ }{\rm{C}}\) \(2{Q_1} + {m_{d\tan }}\lambda = {Q_n} \Rightarrow 2.2100 + {m_{d\tan }} \cdot 3,34 \cdot {10^5} = 42000 \Rightarrow {m_{d\tan }} \approx 0,1132\;{\rm{kg}} = 113,2\;{\rm{g}}\)

Lượng nước có trong nhiệt lượng kế khi cân bằng lần thứ 2 là \(100 + 113,2 = 213,2\;{\rm{g}} \Rightarrow \)d) Sai