Trong một quá trình nén một lượng khí thì khí nhận công 1000 J, đồng thời khí tỏa nhiệt lượng 300 J. Nội năng của khí

Gọi \({F_B}\) là lực từ tác dụng lên cạnh BC có chiều dài \({\rm{a}} = 10{\rm{\;cm}} = 0,1{\rm{\;m}}\). Khung dây có \(N = 50\) vòng.

Từ bảng số liệu, khi \(I = 0\), lực kế chỉ \({F_0} = 5{\rm{mN}}\). Đây là lực kéo cần thiết ở nhánh trái để cân bằng với phần trọng lượng dư của khung dây ở nhánh phải.

Khi có dòng điện \(I\), số chỉ lực kế tăng lên, chứng tỏ lực từ \({F_B}\) tác dụng lên BC có chiều hướng xuống làm nhánh phải bị kéo xệ xuống. Phương trình cân bằng mômen:

\(F = {F_0} + {F_B} \Rightarrow {F_B} = F - 5\left( {mN} \right)\)

a) Chiều dòng điện chạy theo thứ tự ABCD, tức là trên cạnh BC dòng điện có chiều từ phải sang trái.

Lực từ \({F_B}\) hướng xuống.

Áp dụng quy tắc bàn tay trái (ngón cái chõai xuống chỉ chiều lực từ, các ngón tay hướng từ phải sang trái chỉ chiều dòng điện), lòng bàn tay phải hướng ra xa người quan sát.

Do đó, từ trường có chiều từ ngoài mặt phẳng hình vẽ đâm vào trong (chứ không phải từ phải sang trái).

a sai.

b) Ta tính cảm ứng từ B cho 3 lần có dòng điện theo công thức \(B = \frac{{{F_B}}}{{{\rm{\;N}}{\rm{.I}}{\rm{.a\;}}}}\) :

Lần 2: \({F_B} = 10 - 5 = 5mN = {5.10^{ - 3}}N\)

\( \Rightarrow {B_1} = \frac{{{{5.10}^{ - 3}}}}{{50.0,02.0,1}} = 0,05{\rm{\;T}} = 50{\rm{mT}}\)

Lần 3: \({F_B} = 12 - 5 = 7{\rm{mN}} = {7.10^{ - 3}}{\rm{\;N}}\)

\( \Rightarrow {B_2} = \frac{{{{7.10}^{ - 3}}}}{{50.0,03.0,1}} \approx 0,0467T = 46,7mT\).

Lần 4: \({F_B} = 14 - 5 = 9mN = {9.10^{ - 3}}N\)

\( \Rightarrow {B_3} = \frac{{{{9.10}^{ - 3}}}}{{50.0,04.0,1}} = 0,045{\rm{\;T}} = 45{\rm{mT}}\)

Giá trị trung bình: \(\overline B = \frac{{50 + 46,7 + 45}}{3} = 47,2mT\)

Sai số tuyệt đối mỗi lần:

\({\rm{\Delta }}{B_1} = \left| {50 - 47,2} \right| = 2,8mT\)

\({\rm{\Delta }}{B_2} = \left| {46,7 - 47,2} \right| = 0,5mT\);

\({\rm{\Delta }}{B_3} = \left| {45 - 47,2} \right| = 2,2mT\).

Sai số trung bình: \({\rm{\Delta }}\overline {\rm{B}} = \frac{{2,8 + 0,5 + 2,2}}{3} \approx 1,9{\rm{mT}}\)

Vậy \(B = \overline {\rm{B}} \pm {\rm{\Delta }}\overline {\rm{B}} = 47,2 \pm 1,9\left( {{\rm{mT}}} \right)\).

b đúng.

c) Khi đổi chiều dòng điện, lực từ \({F_B}\) đổi chiều hướng lên trên. Đòn cân thăng bằng khi lực kế chỉ:

\(F' = {F_0} - {F_B} = 5 - {F_B}\).

Đề bài cho biết phải giảm số chỉ lực kế đi \(11,5{\rm{mN}}\) so với lần 4 (số chỉ là 14 mN), tức là số chỉ mới \(F' = 14 - 11,5 = 2,5{\rm{mN}}\).

Suy ra: \(2,5 = 5 - {F_B} \Rightarrow {F_B} = 2,5{\rm{mN}} = 2,{5.10^{ - 3}}{\rm{\;N}}\)

Cảm ứng từ đo được lúc này là:

\(B = \frac{{{F_B}}}{{N.I.a}} = \frac{{2,{{5.10}^{ - 3}}}}{{50.0,01.0,1}} = 0,05T = 50T\)

c đúng.

d) Đúng. Đây là các thao tác thực hành chuẩn xác cần thiết để đảm bảo phương của các lực tác dụng đúng như mô hình lý thuyết (vuông góc với cánh tay đòn đòn cân), từ đó giúp kết quả đo có độ chính xác cao và giảm thiểu tối đa sai số hệ thống.

d đúng.

a) Nhiệt độ ban đầu của nước đá là \({t_1} = - {10^ \circ }{\rm{C}}\), nhiệt độ ban đầu của nước là \({t_2} = {21^ \circ }{\bf{C}}.\) Vì \({t_2} > {t_1}\) nên nước truyền nhiệt lượng cho nước đá.

a sai.

b) Nhiệt độ nóng chảy của nước đá là \({0^ \circ }{\rm{C}}.\) Nhiệt lượng nước đá thu vào để tăng nhiệt độ từ \( - {10^ \circ }{\rm{C}}\) đến \({0^ \circ }{\rm{C}}\) là:

\({Q_1} = {m_1}{c_1}\left( {0 - {t_1}} \right) = 0,15.2100.\left( {0 - \left( { - 10} \right)} \right) = 3150J\).

b đúng.

c) Khối lượng riêng của nước đá nhỏ hơn khối lượng riêng của nước lỏng nên khi cho vào nước, nước đá sẽ nổi lên trên.

c đúng.

d) Khi nước đá nóng chảy hoàn toàn thành nước và đạt nhiệt độ cân bằng \(t = {16^ \circ }{\rm{C}}\), tổng nhiệt lượng khối nước đá ban đầu thu vào gồm 3 phần:

+ Nhiệt lượng tăng từ \( - {10^ \circ }{\rm{C}}\) đến \({0^ \circ }{\rm{C}}\): \({Q_1} = 3150{\rm{\;J}}\)

+ Nhiệt lượng nóng chảy tại \({0^ \circ }{\rm{C}}\): \({Q_2} = \lambda {m_1} = 0,15\lambda \)

Nhiệt lượng phần nước (do đá tan ra) tăng từ \({0^ \circ }C\) lên \({16^ \circ }C\):

\({Q_3} = {m_1}{c_2}\left( {t - 0} \right) = 0,15.4200.16 = 10080J\)

Tổng nhiệt lượng thu vào:

\({Q_{{\rm{thu\;}}}} = {Q_1} + {Q_2} + {Q_3} = 3150 + 0,15\lambda + 10080 = 13230 + 0,15\lambda \left( {\rm{J}} \right)\)

Nhiệt lượng nước ban đầu trong nhiệt lượng kế tỏa ra để giảm nhiệt độ từ \({21^ \circ }C\) xuống \({16^ \circ }C\) là:

\({Q_{{\rm{toa\;}}}} = {m_2}{c_2}\left( {{t_2} - t} \right) = 3,03.4200.\left( {21 - 16} \right) = 63630J\)

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

\(13230 + 0,15\lambda = 63630\)

\( \Rightarrow \lambda = 336000{\rm{\;J}}/{\rm{kg}} = 336,0{\rm{\;kJ}}/{\rm{kg}}\)

d đúng.