Một nhóm học sinh nghiên cứu sự truyền nhiệt ra môi trường qua thành bình chứa nước nóng. Nhóm học sinh này đưa ra giả thuyết: "Công suất truyền nhiệt lượng qua thành bình tỉ lệ nghịch với độ dày của thành bình". Biết rằng, với một bình có độ dày thành bình xác định, công suất truyền nhiệt ra môi trường tỉ lệ thuận với độ chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trong và mặt ngoài của thành bình. Để kiểm tra giả thuyết của mình, nhóm học sinh đã sử dụng một dây điện trở được cấp điện từ một nguồn có công suất nhỏ và không đổi. Lần lượt sử dụng dây điện trở đó để nung nóng nước trong các bình \({B_1},{B_2},{B_3},{B_4}\) có cùng kích thước, cùng chất liệu nhưng có độ dày thành bình \(d\) khác nhau. Thí nghiệm được tiến hành trong phòng có nhiệt độ môi trường luôn được giữ ở \({t_0} = 20,{0^{\rm{o}}}{\rm{C}}.\) Trong mỗi lần thí nghiệm, học sinh chờ cho nước trong bình đạt đến nhiệt độ lớn nhất \({t_{max}}\) thì ghi lại số liệu.
a. Khi nhiệt độ nước trong bình đạt giá trị lớn nhất \({t_{max}}\), công suất tỏa nhiệt của dây điện trở bằng với công suất truyền nhiệt từ nước trong bình ra môi trường.
b. Trong thí nghiệm với bình \({B_2}\), độ chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trong và mặt ngoài của thành bình (khi nước đạt \({t_{{\rm{max}}}}\)) là \(50,{4^ \circ }{\rm{C}}.\)
c. Từ bảng số liệu thu được, có thể kết luận rằng giả thuyết ban đầu của nhóm học sinh đưa ra là đúng.
d. Nếu tiến hành thí nghiệm tương tự với một bình \({B_5}\) có cùng chất liệu, cùng kích thước nhưng độ dày thành bình là \(5,0{\rm{\;mm}}\) ở trong một căn phòng khác có nhiệt độ môi trường là \(25,{0^ \circ }{\rm{C}}\), thì nhiệt độ lớn nhất của nước trong bình dự kiến sẽ đạt được xấp xỉ \(57,{5^ \circ }{\rm{C}}\) (kết quả sai lệch không quá \(0,{5^ \circ }{\rm{C}}\) được xem là đúng).
Quảng cáo
Trả lời:
Giải bởi Vietjack
a, Khi hệ thống nung nóng nước liên tục mà nhiệt độ đạt đến mức cực đại \({t_{{\rm{max\;}}}}\) và không tăng thêm, nghĩa là hệ đã đạt trạng thái cân bằng động (cân bằng nhiệt năng). Lúc này, lượng nhiệt mà nguồn cấp vào trong một đơn vị thời gian (công suất tỏa nhiệt của dây điện trở) phải bị triệt tiêu hoàn toàn bởi lượng nhiệt thất thoát ra ngoài trong cùng khoảng thời gian đó (công suất truyền nhiệt ra môi trường).
⇒ Nhận định Đúng.
b, Trong thí nghiệm với bình \({B_2}\), bảng số liệu cho thấy nhiệt độ lớn nhất bên trong là \({t_{{\rm{max}}}} = 50,{4^ \circ }{\rm{C}}.\) Do nhiệt độ môi trường bên ngoài là \({t_0} = 20,{0^ \circ }{\rm{C}}\), nên độ chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trong và mặt ngoài là: \({\rm{\Delta }}t = {t_{{\rm{max\;}}}} - {t_0} = 50,4 - 20,0 = 30,{4^{\rm{o}}}{\rm{C}}.\)
⇒ Nhận định Sai.
\({\bf{c}}\), Nguồn điện có công suất không đổi nên công suất truyền nhiệt \(\mathcal{P}\) ra môi trường ở các bình (khi đạt \({t_{{\rm{max}}}}\)) là bằng nhau: \(\mathcal{P} = \) const.
Đề bài cho biết \(\mathcal{P}\) tỉ lệ thuận với độ chênh lệch nhiệt độ \({\rm{\Delta }}t\).
Ta lập tỉ số \(\frac{{{\rm{\Delta }}t}}{d}\) (với \({\rm{\Delta }}t = {t_{{\rm{max\;}}}} - 20\)) cho các bình:
\({B_1}:\frac{{34,8 - 20,0}}{{2,0}} = 7,{4^0}{\rm{C}}/{\rm{mm}}\)
\({B_2}:\frac{{50,4 - 20,0}}{{4,0}} = 7,{6^0}{\rm{C}}/{\rm{mm}}\)
\({B_3}:\frac{{65,2 - 20,0}}{{6,0}} \approx 7,{53^0}{\rm{C}}/{\rm{mm}}\)
\({B_4}:\frac{{79,6 - 20,0}}{{8,0}} = 7,{45^0}{\rm{C}}/{\rm{mm}}\)
Nhận thấy tỉ số này xấp xỉ bằng một hằng số (trung bình \( \approx 7,{5^0}{\rm{C}}/{\rm{mm}}\)). Điều này cho thấy \({\rm{\Delta }}t\) tỉ lệ thuận với \(d\).
Vì \(\mathcal{P} \propto {\rm{\Delta }}t\) mà \({\rm{\Delta }}t \propto d\), nên để \(\mathcal{P}\) giữ nguyên không đổi thì khả năng truyền nhiệt của thành bình phải tỉ lệ nghịch với \(d\). Do đó, giả thuyết "công suất truyền nhiệt lượng tỉ lệ nghịch với độ dày" là đúng.
⇒ Nhận định Đúng.
d, Ta có \(\frac{{{\rm{\Delta }}t}}{d} \approx 7,{5^ \circ }{\rm{C}}/{\rm{mm}}\).
Đối với bình \({B_5}\) có \(d = 5,0{\rm{\;mm}}\), độ chênh lệch nhiệt độ khi đạt cân bằng sẽ là:
\({\rm{\Delta }}t' = 7,5.5 = 37,{5^ \circ }{\rm{C}}\)
Lúc này nhiệt độ môi trường là \({t_{0'}} = 25,{0^ \circ }{\rm{C}}\), do đó nhiệt độ lớn nhất dự kiến đạt được của nước trong bình \({B_5}\) là:
\({t_{{\rm{max\;}}}} = {t_{0'}} + {\rm{\Delta }}t' = 25,0 + 37,5 = 62,{5^ \circ }{\rm{C}}\)
Giá trị \(57,{5^ \circ }{\rm{C}}\) bị sai lệch quá \(0,{5^ \circ }{\rm{C}} \Rightarrow \) Nhận định Sai.
Hot: 1000+ Đề thi cuối kì 2 file word cấu trúc mới 2026 Toán, Văn, Anh... lớp 1-12 (chỉ từ 60k). Tải ngay
CÂU HỎI HOT CÙNG CHỦ ĐỀ
Câu 1
a. Dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn dây dưới mặt kính sinh ra một từ trường biến thiên theo thời gian ở khu vực phía trên mặt bếp.
b. Nhiệt lượng làm chín thức ăn được truyền trực tiếp từ cuộn dây, xuyên qua mặt kính và đi vào đáy nồi.
c. Từ trường biến thiên xuyên qua đáy nồi sinh ra các dòng điện cảm ứng (dòng điện Foucault) khép kín trong khối kim loại ở đáy nồi, làm đáy nồi tự nóng lên.
d. Bếp từ có thể đun nóng hiệu quả mọi loại nồi có đáy phẳng (như nồi thủy tinh, nồi đất sét) do từ thông luôn có thể xuyên qua các mặt phẳng này.
Lời giải
Ý a) Đúng. Bếp từ hoạt động bằng cách cho dòng điện xoay chiều tần số cao chạy qua cuộn dây đồng, từ đó sinh ra một từ trường biến thiên theo thời gian ở khu vực mặt bếp.
Ý b) Sai. Nhiệt lượng không được truyền bằng cách dẫn nhiệt từ cuộn dây qua mặt kính lên nồi. Thực tế, nhiệt được sinh ra trực tiếp ngay tại phần đáy nồi (bằng kim loại) do dòng điện Foucault. Mặt kính của bếp từ chỉ nóng lên là do nhiệt truyền ngược lại từ đáy nồi xuống.
Ý c) Đúng. Đây chính là nguyên lí cốt lõi của bếp từ. Từ trường biến thiên sinh ra dòng điện Foucault bên trong đáy nồi bằng kim loại, dòng điện này tỏa nhiệt rất mạnh làm nóng nồi.
Ý d) Sai. Bếp từ chỉ đun nóng được các loại nồi có đáy làm bằng vật liệu dẫn điện tốt và có từ tính (như sắt, thép, inox...). Nồi thủy tinh hay nồi đất sét là các vật liệu cách điện (điện môi), không thể sinh ra dòng điện Foucault bên trong nên không thể tự nóng lên được.
Câu 2
a. Trong tiến trình thí nghiệm này, nhiệt độ của nước là biến độc lập và áp suất của khối khí là biến phụ thuộc.
b. Từ đồ thị thực nghiệm biểu diễn sự phụ thuộc của \(p\) theo \(t\left( {{\;^ \circ }C} \right)\), nhóm học sinh có thể rút ra kết luận: Áp suất của lượng khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ bách phân (Celsius) của nó.
c. Trong thực tế, do phần ống nhựa nằm ngoài chậu nước luôn giữ ở nhiệt độ phòng (không được đun nóng), sai số hệ thống này sẽ làm cho giá trị áp suất đo được ở các nhiệt độ cao luôn lớn hơn so với giá trị lí thuyết (nếu coi toàn bộ lượng khí đều được đun nóng).
d. Giả sử ban đầu hệ ở \({27^ \circ }C\), áp suất đo được là \(1,00 \times {10^5}{\rm{\;Pa}}\). Khi đun nước đến \({87^ \circ }C\) (coi toàn bộ lượng khí được đun nóng đều và bỏ qua qua thể tích ống nhựa), cảm biến chỉ đo được áp suất là \(1,15 \times {10^5}{\rm{\;Pa}}\). Bỏ qua sự rò rỉ khí, nhóm học sinh suy luận nguyên nhân sự sai lệch này là do bình thủy tinh đã giãn nở nhiệt. Dựa vào số liệu thực nghiệm này, thể tích của bình thủy tinh ở \({87^ \circ }C\) đã tăng xấp xỉ \(4,35{\rm{\% }}\) so với ban đầu.
Lời giải
Ý a) Đúng. Người làm thí nghiệm chủ động thay đổi nhiệt độ bằng cách đun nóng (đây là biến độc lập) để quan sát sự thay đổi tương ứng của áp suất (đây là biến phụ thuộc).
Ý b) Sai. Áp suất của khối khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối \(T\) (đơn vị Kelvin), chứ không tỉ lệ thuận với nhiệt độ bách phân \(t\left( {{\;^ \circ }C} \right)\). Đồ thị biểu diễn \(p\) theo \(t\left( {{\;^ \circ }C} \right)\) là một đường thẳng bậc nhất nhưng không đi qua gốc tọa độ.
Ý c) Sai. Giả sử bình có thể tích \({V_1}\) ở nhiệt độ cao \(T\), phần ống nhựa có thể tích \({V_2}\) ở nhiệt độ phòng \({T_0}\) (\({T_0} < T\)).
Áp suất thực tế đo được là \({p_{do}}\), ta có lượng khí bảo toàn: \(n = \frac{{{p_{do}}{V_1}}}{{RT}} + \frac{{{p_{do}}{V_2}}}{{R{T_0}}} = \frac{{{p_{do}}}}{R}\left( {\frac{{{V_1}}}{T} + \frac{{{V_2}}}{{{T_0}}}} \right)\).
Nếu toàn bộ khí được đun nóng đến nhiệt độ \(T\), áp suất lí thuyết là \({p_{lt}}\), ta có:
\(n = \frac{{{p_{lt}}\left( {{V_1} + {V_2}} \right)}}{{RT}} = \frac{{{p_{lt}}}}{R}\left( {\frac{{{V_1}}}{T} + \frac{{{V_2}}}{T}} \right)\)
Vì \({T_0} < T\) nên \(\frac{{{V_2}}}{{{T_0}}} > \frac{{{V_2}}}{T}\). Từ đó suy ra cụm \(\left( {\frac{{{V_1}}}{T} + \frac{{{V_2}}}{{{T_0}}}} \right) > \left( {\frac{{{V_1}}}{T} + \frac{{{V_2}}}{T}} \right)\). Do lượng khí \(n\) không đổi, suy ra \({p_{do}} < {p_{lt}}\). Vậy giá trị đo được phải nhỏ hơn giá trị lí thuyết.
Ý d) Đúng.
Trạng thái 1: \({T_1} = 27 + 273 = 300{\rm{K}};{p_1} = 1,00 \times {10^5}{\rm{\;Pa}}\); thể tích \({V_1}\).
Trạng thái 2: \({T_2} = 87 + 273 = 360{\rm{K}};{p_2} = 1,15 \times {10^5}{\rm{\;Pa}}\); thể tích \({V_2}\).
Áp dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng vì khối lượng lượng khí không đổi:
\(\frac{{{p_1}{V_1}}}{{{T_1}}} = \frac{{{p_2}{V_2}}}{{{T_2}}} \Rightarrow {V_2} = {V_1}.\frac{{{p_1}{T_2}}}{{{p_2}{T_1}}}\)
Thay số:
\({V_2} = {V_1}.\frac{{1,00 \times {{10}^5}.360}}{{1,15 \times {{10}^5}.300}} = {V_1}.\frac{{360}}{{345}} = \frac{{24}}{{23}}{V_1} \approx 1,04348{V_1}\)
Độ tăng phần trăm của thể tích bình là:
\(\frac{{{\rm{\Delta }}V}}{{{V_1}}} \times 100{\rm{\% }} = \frac{{{V_2} - {V_1}}}{{{V_1}}} \times 100{\rm{\% }} = \left( {\frac{{24}}{{23}} - 1} \right) \times 100{\rm{\% }} \approx 4,35{\rm{\% }}\)
Câu 3
Nhiệt dung riêng lớn.
Nhiệt độ hóa hơi lớn.
Khối lượng riêng nhỏ.
Độ nhớt thấp.
Lời giải
Bạn cần đăng ký gói VIP ( giá chỉ từ 250K ) để làm bài, xem đáp án và lời giải chi tiết không giới hạn.
Lời giải
Bạn cần đăng ký gói VIP ( giá chỉ từ 250K ) để làm bài, xem đáp án và lời giải chi tiết không giới hạn.
Lời giải
Bạn cần đăng ký gói VIP ( giá chỉ từ 250K ) để làm bài, xem đáp án và lời giải chi tiết không giới hạn.
Câu 6
a. Số mol không khí có trong lốp xe xấp xỉ 2,56 mol.
b. Khi xe chạy trên đường dài, nhiệt độ không khí trong lốp tăng lên làm cho động năng chuyển động nhiệt trung bình của các phân tử khí tăng, dẫn đến áp suất khí trong lốp tăng.
c. Nếu nhiệt độ không khí trong lốp tăng lên đến \({57^ \circ }{\rm{C}}\) thì áp suất khí trong lốp đạt \(2,5{\rm{\;atm}}\).
d. Để giữ cho áp suất trong lốp ở \({57^ \circ }{\rm{C}}\) vẫn bằng \(2,1{\rm{\;atm}}\) như ban đầu, người lái xe cần xả bớt một lượng khí chiếm khoảng \(9,1{\rm{\% }}\) lượng khí ban đầu trong lốp.
Lời giải
Bạn cần đăng ký gói VIP ( giá chỉ từ 250K ) để làm bài, xem đáp án và lời giải chi tiết không giới hạn.
Câu 7
thiết bị chỉnh lưu, trực tiếp biến đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC) để nạp vào pin.
thiết bị ổn định tần số của dòng điện xoay chiều, đảm bảo an toàn cho pin điện thoại không bị chai hay phồng.
máy tăng áp để tăng cường độ dòng điện lên mức đủ lớn nhằm đáp ứng công nghệ sạc nhanh cho pin điện thoại.
máy hạ áp để giảm điện áp xoay chiều từ 220 V xuống mức điện áp xoay chiều thấp hơn trước khi đi qua mạch chỉnh lưu.
Lời giải
Bạn cần đăng ký gói VIP ( giá chỉ từ 250K ) để làm bài, xem đáp án và lời giải chi tiết không giới hạn.
Nhắn tin Zalo
Hỏi bài tập