Một học sinh tiến hành đun một khối nước đá đựng trong nhiệt lượng kế từ \({0^ \circ }{\rm{C}}\) đến khi tan chảy hết thành nước và hóa hơi ở \({100^ \circ }{\rm{C}}\). Hình bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt lượng mà khối nước đá nhận được từ lúc đun đến lúc bay hơi và sự thay đổi nhiệt độ của nó. Lấy nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là \(3,{3.10^5}{\rm{\;J}}/{\rm{kg}}\) và nhiệt dung riêng của nước là \(4200{\rm{\;J}}/{\rm{kg}}.{\rm{K}}\), nhiệt hóa hơi riêng của nước là \(2,{3.10^6}{\rm{\;J}}/{\rm{kg}}\), bỏ qua nhiệt dung của nhiệt lượng kế và sự trao đổi nhiệt với môi trường.

Đáp án đúng là B

Bếp từ hoạt động dựa trên dòng điện Fu-cô (ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ).

Ghi ta điện sử dụng cảm biến từ (pickup) hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.

Máy biến áp hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.

Loa điện động hoạt động dựa trên tác dụng của từ trường lên dòng điện (lực từ), không phải hiện tượng cảm ứng điện từ.

- Trạng thái 1 (ban đầu):

+ Piston nhẹ và có thể chuyển động tự do, nằm cân bằng với áp suất khí quyển nên áp suất của khí trong xi lanh là \({p_1} = {P_0}\).

+ Thể tích khối khí là \({V_1} = \frac{V}{2}\), nhiệt độ là \({T_1} = {T_0}\).

Từ phương trình trạng thái: \({P_0}\frac{V}{2} = nR{T_0} \Rightarrow nR = \frac{{{P_0}V}}{{2{T_0}}}\)

- Quá trình 1 sang 2 (từ trạng thái ban đầu đến khi piston vừa chạm mấu):

Khi được đun nóng, khí giãn nở và đẩy piston đi lên. Do piston chuyển động không ma sát và thông với khí quyển, áp suất khối khí được duy trì cân bằng với áp suất khí quyển, tức là \({p_2} = {p_1} = {P_0}\). Đây là quá trình giãn nở đẳng áp ⇒ tuân theo định luật Charles.

⇒ a đúng.

- Khi piston chạm mấu, thể tích khối khí đạt giá trị \({V_2} = V\).

Áp dụng định luật Charles: \(\frac{{{V_1}}}{{{T_1}}} = \frac{{{V_2}}}{{{T_2}}} \Rightarrow \frac{{\frac{V}{2}}}{{{T_0}}} = \frac{V}{{{T_2}}} \Rightarrow {T_2} = 2{T_0}\)

Công khối khí sinh ra để đẩy piston trong quá trình đẳng áp này là:

\(A = {p_1}\left( {{V_2} - {V_1}} \right) = {p_0}\left( {V - \frac{V}{2}} \right) = 0,5{P_0}V\).

- Quá trình 2 sang 3 (từ khi chạm mấu đến khi nhiệt độ đạt \(3{T_0}\)):

Piston bị kẹp lại ở mấu không thể di chuyển thêm nên thể tích khối khí được giữ không đổi, \({V_3} = {V_2} = V\). Do đó, quá trình đun nóng tiếp theo là quá trình đẳng tích.

⇒ b đúng.

- Nhiệt độ cuối cùng là \({T_3} = 3{T_0}\).

Trong quá trình đẳng tích này, nhiệt độ tăng làm áp suất khí cũng tăng theo. Áp suất lúc này sẽ lớn hơn áp suất khí quyển. Vì vậy, áp suất của khí không phải luôn bằng áp suất khí quyển trong suốt toàn bộ quá trình đun nóng.

⇒ d sai.

- Xét toàn bộ quá trình đun nóng từ nhiệt độ \({T_0}\) đến \(3{T_0}\):

Độ biến thiên nội năng của khối khí là: \({\rm{\Delta }}U = {U_3} - {U_1} = \frac{3}{2}nR\left( {{T_3} - {T_1}} \right)\)

\( \Rightarrow {\rm{\Delta }}U = \frac{3}{2}.\frac{{{P_0}V}}{{2{T_0}}}.\left( {3{T_0} - {T_0}} \right) = \frac{3}{2}.\frac{{{P_0}V}}{{2{T_0}}}.2{T_0} = 1,5{P_0}V\)

Khối lượng khí chỉ sinh công trong giai đoạn giãn nở đẳng áp ban đầu, do đó tổng công khối khí thực hiện là \(A = 0,5{P_0}V\).

Theo nguyên lí I nhiệt động lực học, nhiệt lượng mà khối helium đã nhận được là:

\(Q = {\rm{\Delta }}U + A = 1,5{P_0}V + 0,5{P_0}V = 2{P_0}V\)

⇒ c đúng.