Ba bình nhiệt lượng kế lí tưởng chứa ba lượng nước có khối lượng và nhiệt độ ban đầu lần lượt là:

- Bình 1: \({{\rm{m}}_1} = 1{\rm{\;kg}}\) ở ;

- Bình 2: \({{\rm{m}}_2} = 2{\rm{\;kg}}\) ở ;

- Bình 3: \({{\rm{m}}_3} = 2{\rm{\;kg}}\) ở .

Một học sinh tiến hành thí nghiệm như sau: Rót một phần nước từ bình 1 sang bình 2, đợi cho bình 2 cân bằng nhiệt. Sau đó, tiếp tục rót một phần nước từ bình 2 sang bình 3 và đợi cho đến khi cân bằng nhiệt. Cuối cùng, học sinh này trút toàn bộ lượng nước còn lại ở bình 1 và bình 2 vào bình 3. Bỏ qua sự bay hơi của nước trong suốt quá trình thí nghiệm, nhiệt dung của các nhiệt lượng kế không đáng kể và bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài.

a) ĐÚNG

Quan sát đồ thị, ta thấy đường biểu diễn sự phụ thuộc của lực từ F và cường độ dòng điện I là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ: F = k.I. Vì vậy, ta có thể kết luận lực từ tác dụng lên đoạn dây tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện qua dây dẫn.

b) ĐÚNG

Áp dụng quy tắc bàn tay trái, ta xác định được lực từ tác dụng lên đoạn dây trong trường hợp này hướng lên.

c) SAI

Do lực từ (tức lực do từ trường tác dụng lên đoạn dây mang dòng điện) thẳng đứng hướng lên, áp dụng định luật III Newton, ta xác định lực do đoạn dây tác dụng ngược lại từ trường có chiều thẳng đứng hướng xuống. Lực này tác dụng lên nam châm và khiến cho số chỉ cân tăng lên so với lúc chưa có dòng điện đi qua.

d) SAI

Cảm ứng từ trung bình trong trường hợp này:

\({\rm{\bar B}} = \frac{{{{\rm{B}}_1} + {{\rm{B}}_2} + {{\rm{B}}_3} + {{\rm{B}}_4}}}{4} = \frac{{\frac{{{{\rm{F}}_1}}}{{{{\rm{I}}_1}.l}} + \frac{{{{\rm{F}}_2}}}{{{{\rm{I}}_2}.l}} + \frac{{{{\rm{F}}_3}}}{{{{\rm{I}}_3}.l}} + \frac{{{{\rm{F}}_4}}}{{{{\rm{I}}_4}.l}}}}{4} = \frac{{\frac{{{{2.10}^{ - 3}}}}{{1.0,15}} + \frac{{{{4.10}^{ - 3}}}}{{2.0,15}} + \frac{{{{6.10}^{ - 3}}}}{{3.0,15}} + \frac{{{{8.10}^{ - 3}}}}{{4.0,15}}}}{4}\)

\(\Delta {\rm{\bar B}} \approx 13,{3.10^{ - 3}}{\rm{\;T}}.\)

a) ĐÚNG

Khi nước được bơm vào bình, thể tích của khoang khí giảm xuống. Vì lượng khí bên trong khoang không thay đổi nên mật độ phân tử khí trong khoang chứa khí tăng lên.

b) SAI

Trong quá trình xả nước, thể tích khoang chất khí tăng lên. Vì nhiệt độ của khí trong bình luôn được giữ không đổi trong suốt quá trình sử dụng, áp dụng định luật Boyle ta thu được áp suất khí sẽ giảm.

c) SAI

Thể tích của khoang khí trong trường hợp rơ le tự động đóng mạch bơm nước:

Áp dụng định luật Boyle cho khối khí bên trong khoang:

\({{\rm{p}}_0}.{{\rm{V}}_0} = {\rm{p}}.{\rm{V}}\)

\( \Rightarrow {\rm{p}} = \frac{{{{\rm{p}}_0}.{{\rm{V}}_0}}}{{\rm{V}}} = \frac{{120.12}}{8} = 180{\rm{\;kPa}}.\)

d) ĐÚNG

Do sự thất thoát khí sau một khoảng thời gian sử dụng, thể tích của khoang khí khi rơ le tự động đóng mạch:

\({\rm{V'}} = {{\rm{V}}_{\rm{b}}} - {\rm{V}}_{\rm{n}}^{\rm{'}} = 12 - 6 = 6{\rm{\;l\'i t}}\)

Áp dụng phương trình Clapeyron cho 2 khối khí tại thời điểm rơ le đóng mạch khi mới sử dụng và sau một khoảng thời gian sử dụng:

+ Mới sử dụng: \({\rm{pV}} = {\rm{nRT}}\;\;\left( 1 \right)\)

+ Sau một khoảng thời gian: \({\rm{p}}{{\rm{V}}^{\rm{'}}} = {\rm{n'RT}}\;\left( 2 \right)\)

Lập tỉ số (1) và (2), ta thu được:

\(\frac{{\rm{V}}}{{{\rm{V'}}}} = \frac{{\rm{n}}}{{{\rm{n'}}}} = \frac{8}{6} = \frac{4}{3} \Rightarrow n = \frac{4}{3}n'\)

Vậy lượng khí đã thoát ra bên ngoài là: \(\Delta {\rm{n}} = {\rm{n}} - {\rm{n'}} = \frac{1}{4}{\rm{n}} = 25{\rm{\% n}}\). Vậy cần bơm bù thêm một lượng là 25% để máy hoạt động như lúc ban đầu.