HAT Physics Learning · VẬT LÍ 12 · KẾT NỐI TRI THỨC

BÀI 06 · NHIỆT HOÁ HƠI RIÊNG

Nhiệt hoá hơi · Cân điện tử · Oát kế · Đồ thị khối lượng – thời gian

Q = mL📚 Trang 27–29 · SGK KNTT🔬 3 hoạt động · 36 bài luyện · 22 câu kiểm tra
01 · MỤC TIÊU

Hiểu nhiệt hoá hơi riêng và thực hành xác định L từ số liệu cân – oát kế

Kiến thức

Giải thích vì sao nước cần nhận thêm nhiệt khi đang sôi; phát biểu khái niệm nhiệt hoá hơi riêng; áp dụng đúng \(Q=mL\) và đơn vị J/kg.

Thực hành

Sử dụng mô hình nhiệt lượng kế, oát kế, cân và dây điện trở; ghi khối lượng nước sau mỗi 120 s; biểu diễn đường \(m-\tau\), tính độ dốc và suy ra \(L\).

Vận dụng

Giải bài nhiều giai đoạn, tính công suất và thời gian; phân tích hao phí và sai lệch của phép đo, lập báo cáo thực hành.

Quy ước: \(L\) nhiệt hoá hơi riêng (J/kg), \(m\) khối lượng đã hoá hơi (kg), \(\tau\) thời gian (s). Ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn, nước tinh khiết sôi khoảng 100 °C. Chỉ dùng \(Q=mL\) cho phần chuyển thể tại nhiệt độ xác định.
02 · KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

Hoá hơi ở nhiệt độ không đổi và phương pháp đo từ đồ thị khối lượng

I. Khái niệm và bản chất

Ở nhiệt độ sôi, chất lỏng vẫn cần hấp thụ năng lượng để chuyển thành hơi. Trong quá trình sôi cân bằng ở áp suất không đổi, nhiệt độ gần như không thay đổi mặc dù khối lượng chất lỏng giảm. Bay hơi xảy ra trên bề mặt ở nhiều nhiệt độ; sôi hình thành bọt hơi trong khối chất lỏng ở điều kiện thích hợp.

Giá trị tham khảo SGK ở nhiệt độ sôi dưới áp suất tiêu chuẩn: Nước \(L\approx2,26\times10^6\) J/kg; ethanol khoảng \(8,57\times10^5\) J/kg; thuỷ ngân khoảng \(2,85\times10^5\) J/kg; ete khoảng \(4,0\times10^5\) J/kg. Giá trị thay đổi theo chất và điều kiện.

II. Công thức và điều kiện áp dụng

(1) Nhiệt hoá hơi tại nhiệt độ xác định\[\boxed{Q_{\rm hh}=mL}\]

Q (J), m (kg) là lượng chất lỏng hoá hơi, L (J/kg); bắt đầu ở nhiệt độ tương ứng, không tính nhiệt đun nóng trước đó.

(2) Định nghĩa nhiệt hoá hơi riêng\[\boxed{L=\frac{Q_{\rm hh}}{m}}\]

Khối lượng hoá hơi m>0 và nhiệt lượng Q chỉ dành cho quá trình hoá hơi.

(3) Khối lượng chất hoá hơi\[\boxed{m=\frac{Q_{\rm hh}}{L}}\]

Khi L>0, nhiệt độ chuyển thể đã được duy trì và năng lượng hoá hơi xác định.

(4) Nhiệt lượng để đun nóng chất lỏng\[\boxed{Q_1=mc(t_s-t_0)}\]

Chỉ dùng trong giai đoạn chưa sôi, không chuyển thể; c tính bằng J/(kg·K).

(5) Nước t0 → hơi nước ở nhiệt độ sôi\[\boxed{Q=mc(t_s-t_0)+mL}\]

Giả thiết nước lỏng lúc đầu ở t0

(6) Điện năng của dây đốt\[\boxed{Q_{\rm điện}=\overline P\Delta\tau}\]

Công suất gần không đổi: dùng trung bình; nếu biến đổi mạnh, cộng từng P_iΔτ_i.

(7) Đo L từ độ giảm khối lượng\[\boxed{L_{\rm đo}\approx\frac{\overline P(\tau_Q-\tau_P)}{m_P-m_Q}}\]

Với mP>mQ, hai điểm P,Q trên đường m–τ sau khi nước đang sôi; bỏ qua hao phí điện năng.

(8) Hiệu suất và độ dốc\[\boxed{ L\approx\frac{\eta\overline P}{|\mathrm dm/\mathrm d\tau|},\quad \delta=\frac{|L_{\rm đo}-L_{\rm tc}|}{L_{\rm tc}}\times100\%}\]

η là hiệu suất hữu ích khi đã biết; độ dốc âm (kg/s). Sai lệch so tham khảo khác độ không đảm bảo thống kê.

III. Đại lượng và đơn vị

Đại lượngKí hiệuĐơn vịLưu ý
Nhiệt lượng hoá hơi\(Q_{\rm hh}\)JChỉ nhiệt chuyển thể
Nhiệt hoá hơi riêng\(L\)J/kgKhông nhầm với nhiệt dung riêng c
Nhiệt dung riêng\(c\)J/(kg·K)Dùng khi có biến thiên nhiệt độ
Khối lượng nước còn lại\(m(\tau)\)kgCân khi hơi thoát ra ngoài
Công suất oát kế\(P\)WĐọc cùng thời điểm đo
Thời gian đo\(\tau\)sKhoảng ghi 120 s trong SGK
Lưu ý đo thực nghiệm: Đồ thị \(m-\tau\) có độ dốc âm khi nước giảm khối lượng; tính \(L\) dùng độ lớn của độ dốc. Khi có hao phí ra ngoài, \(L_{\rm đo}=\overline P/|dm/d\tau|\) thường lớn hơn giá trị hữu ích thực tế; không kết luận sai số chỉ từ một số đo.

IV. Tám ví dụ có lời giải từng bước

Ví dụ 1 · Tính nhiệt hoá hơi

Đề: 0,10 kg nước đang sôi ở 100 °C, L=2,26×10⁶ J/kg. Tính Q để nước hoá hơi hoàn toàn.

Lời giải: Q=mL=0,10×2,26×10⁶=226000 J=226 kJ.

Ví dụ 2 · Tìm khối lượng hoá hơi

Đề: 113 kJ hữu ích dành để hoá hơi nước đang sôi. Tính m.

Lời giải: m=Q/L=113000/(2,26×10⁶)=0,05 kg.

Ví dụ 3 · Xác định nhiệt hoá hơi riêng

Đề: 0,20 kg chất lỏng hoá hơi hoàn toàn ở nhiệt độ sôi sau khi nhận Q=160 kJ.

Lời giải: L=160000/0,20=800000 J/kg.

Ví dụ 4 · Thời gian đun nước đang sôi

Đề: Dây đốt 100 W, hiệu suất 100%, hoá hơi 0,02 kg nước đang sôi.

Lời giải: Q=0,02×2,26×10⁶=45200 J; τ=45200/100=452 s.

Ví dụ 5 · Nước nguội thành hơi

Đề: Đun 0,10 kg nước từ 20 °C đến hơi 100 °C, c=4200, L=2,26×10⁶.

Lời giải: Q1=0,1×4200×80=33600 J; Q2=0,1×2,26×10⁶=226000 J; tổng 259600 J.

Ví dụ 6 · Điện năng và hao phí

Đề: P=50 W, η=80%, chạy 300 s khi nước đã sôi. Tính khối lượng hoá hơi.

Lời giải: Q_hữu ích=0,8×50×300=12000 J; m=12000/(2,26×10⁶)≈0,00531 kg.

Ví dụ 7 · Đọc đồ thị khối lượng – thời gian

Đề: m giảm từ 0,1200 kg còn 0,1160 kg trong 600 s, công suất 15 W.

Lời giải: Δm=0,004 kg; Q=15×600=9000 J; Lđo=9000/0,004=2,25×10⁶ J/kg.

Ví dụ 8 · Xử lí dữ liệu SGK

Đề: Bảng 6.2 SGK có m(0)=0,1200 kg, m(840)=0,1141 kg, P trung bình xấp xỉ 15,20 W.

Lời giải: Theo hai đầu: Δm=0,0059 kg; Q≈15,20×840=12768 J; L≈2,164×10⁶ J/kg. Nên fit toàn bộ điểm thực nghiệm để giảm nhạy cảm với hai mốc đo.

03 · QUAN SÁT VÀ THỰC HÀNH

Phòng thí nghiệm ảo: xác định nhiệt hoá hơi riêng của nước

Theo SGK, nước được đun sôi trong nhiệt lượng kế mở nắp, dây điện trở ngập nước, oát kế đọc công suất và cân đo khối lượng nước còn lại sau mỗi 2 phút. Số liệu mô phỏng không thay phép đo trên thiết bị thật. An toàn: không chạm dây đốt đang nóng, giữ cân và thiết bị điện khô ráo, có giáo viên giám sát khi dùng nước sôi.

01

Quá trình đun nóng và hoá hơi

Nhiệt độ nước—
Nước còn lại—
Giai đoạn—
Điện năng—
Mô hình giả định c_nước=4200 J/(kg·K), L_nước=2,26×10⁶ J/kg, nhiệt độ sôi 100 °C ở áp suất tiêu chuẩn. Bỏ qua sự sôi quá nhiệt và sự biến đổi nhiệt độ sôi theo áp suất.
02

Thực hành cân nước – oát kế – hồi quy đồ thị m theo thời gian

Chỉ bắt đầu đo khi nước đã sôi. Mỗi lần Ghi 120 s tự tăng thời gian, giảm khối lượng nước theo công suất hữu ích. Có thể nạp Bảng 6.2 SGK để đối chiếu. Dùng hai con trỏ P, Q hoặc hồi quy toàn bộ số liệu để suy ra L.

Số bản ghi1
Độ dốc dm/dτ—
L từ P,Q—
L hồi quy—
Ghi thêm ít nhất hai điểm để ước lượng L. Mỗi lần ghi ứng với 120 s, không phải 120 phút.
τ (s)Công suất P (W)Khối lượng m (kg)Khối lượng đã hoá hơi (g)
03

So sánh nhiệt hoá hơi của các chất lỏng

Chất đang chọn—
Nhiệt độ sôi (tham khảo)—
Nhiệt lượng hoá hơi—
Chỉ so sánh phần nhiệt chuyển thể ở nhiệt độ sôi riêng của từng chất, dưới áp suất tiêu chuẩn; không so sánh năng lượng để đun từ nhiệt độ phòng. Các chất ngoài nước chỉ là dữ liệu tham khảo, không đề nghị tự thí nghiệm.
04 · LUYỆN TẬP

36 bài tự luyện phân hoá + 22 câu kiểm tra chuẩn V4

36 Bài tự luyện
6 Nhóm bài
22 Câu kiểm tra
10 Điểm tối đa

Phần A · Tự luyện có đáp số và lời giải từng bước

Nhập kết quả số không kèm đơn vị; có thể dùng dấu phẩy hoặc dấu chấm thập phân. Điều kiện ban đầu, nhiệt độ và đơn vị đầu ra được ghi riêng trong từng đề.

0/36 bài đúng
Trang 1/5

Phần B · Kiểm tra chuẩn V4 (22 câu – 10 điểm)

8 câu ABCD (2 điểm), 4 câu Đúng/Sai bốn ý (4 điểm), 8 câu trả lời ngắn (2 điểm), 2 câu tự luận (2 điểm). Đáp án chỉ hiển thị sau nộp bài; tự luận sử dụng rubric và bài giải mẫu.

05 · BẢN ĐỒ TƯ DUY

Hệ thống kiến thức và quy trình thực hành

06 · EM CÓ BIẾT?

Vì sao nước sôi cần thêm năng lượng dù nhiệt độ gần như không tăng?

Ẩn nhiệt và bay hơi

Nhiệt lượng nhận trong chuyển thể không biểu hiện trực tiếp bằng tăng nhiệt độ. Bay hơi xảy ra tại bề mặt, kể cả khi chất lỏng chưa sôi; sôi có bọt hơi hình thành trong chất lỏng.

Làm mát bằng bay hơi

Mồ hôi bay hơi lấy năng lượng từ da và môi trường, có thể làm cơ thể mát hơn. Hiệu quả còn phụ thuộc độ ẩm, gió và quần áo.

Chưng cất và thu hồi nhiệt

Hơi nước ngưng tụ sẽ giải phóng nhiệt hoá hơi. Nguyên lí được dùng trong chưng cất và thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt, nhưng cần tính cả hao phí thực tế.

Thử thách: Làm hoá hơi hoàn toàn 0,10 kg nước đã ở 100 °C cần khoảng 226 kJ. Nếu mẫu nước đó ban đầu ở 20 °C, phải cộng thêm 33,6 kJ để đun đến 100 °C (bỏ qua hao phí), thành 259,6 kJ.