So sánh khi chỉ thay một yếu tố
Bảng số liệu minh họa dưới đây xét cùng bộ đun, cùng nhiệt độ ban đầu và số đếm đã đưa về 0. Các giá trị không phải kết quả đo thật.
| Lượng nước | Tăng 3 °C | Tăng 6 °C |
|---|---:|---:|
| 100 g | 1 500 J | 3 000 J |
| 200 g | 3 000 J | 6 000 J |
Với cùng lượng nước, tăng nhiệt độ nhiều hơn cần nhiều năng lượng hơn. Với cùng độ tăng nhiệt độ, lượng nước lớn hơn cũng cần nhiều năng lượng hơn. Khi đo thực tế, tỉ lệ có thể không đúng gấp đôi vì bình và môi trường cũng nhận năng lượng.
Bài luyện
Theo bảng minh họa trong bài, 100 g nước tăng 3 °C dùng 1 500 J. Với cùng 100 g nước tăng 6 °C, bảng cho giá trị nào?
Độ tăng nhiệt độ lớn hơn, không phải nhỏ hơn.
Đây là giá trị cho mức tăng 3 °C.
Đúng: đọc hàng 100 g, cột tăng 6 °C.
Đây là giá trị của hàng 200 g, cột tăng 6 °C.
Lời giải
Giữ lượng nước là 100 g, đọc ở cột tăng 6 °C được 3 000 J. Trong bảng minh họa này, độ tăng nhiệt độ gấp đôi ứng với năng lượng gấp đôi. Không đổi sang hàng 200 g. Đáp án C.
Ước tính trong mô hình bỏ qua thất thoát
Nhiệt lượng là phần năng lượng nhiệt vật nhận hoặc truyền trong quá trình truyền nhiệt. Để tính năng lượng nước nhận khi tăng nhiệt độ mà chưa chuyển thể, có thể dùng công thức được cung cấp:
$$Q=mc(t_2-t_1).$$
Trong đó $m$ là khối lượng nước (kg), $t_1$ và $t_2$ là nhiệt độ đầu và cuối (°C). $c$ là nhiệt dung riêng của nước; với phép tính ở đây lấy $c=4\,180\ \text{J}/(\text{kg}\cdot\text{K})$. Chênh lệch 1 °C bằng chênh lệch 1 K, nên dùng trực tiếp $t_2-t_1$.
Đây là công thức bổ sung từ phần đọc thêm của SGK, được cho sẵn khi luyện tính; không thay mục tiêu thực hành dùng joulemeter. Năng lượng nguồn phải cấp trong thực tế thường lớn hơn $Q$ do còn làm nóng thiết bị và truyền ra môi trường.
Đun nước đến lúc vừa đạt 100 °C
Tính năng lượng 0,5 kg nước nhận khi tăng từ 20 °C đến 100 °C, dùng $c=4\,180\ \text{J}/(\text{kg}\cdot\text{K})$ và bỏ qua thất thoát.
Độ tăng nhiệt độ là $100-20=80\ ^\circ\text{C}$. Do đó:
$$Q=0{,}5\times4\,180\times80.$$
$$Q=167\,200\ \text{J}.$$
Kết quả chỉ tính đến khi nước vừa đạt 100 °C trong điều kiện nước sôi ở nhiệt độ này. Không phải năng lượng để toàn bộ nước hóa thành hơi; quá trình đó còn cần thêm năng lượng.
Bài luyện
Dùng $Q=mc(t_2-t_1)$ với $c=4\,180\ \text{J}/(\text{kg}\cdot\text{K})$. 200 g nước tăng từ 25 °C lên 35 °C thì nhận bao nhiêu năng lượng theo mô hình bỏ qua thất thoát?
Đúng: 0,2 kg × 4 180 × 10.
Giá trị này lớn gấp mười kết quả cần tìm.
Phải dùng độ tăng 10 °C, không dùng riêng 35 °C.
Cần đổi 200 g thành 0,2 kg trước khi tính.
Lời giải
Đổi $200\ \text{g}=0{,}2\ \text{kg}$, độ tăng nhiệt độ là $35-25=10\ ^\circ\text{C}$. Tính $Q=0{,}2\times4\,180\times10=8\,360\ \text{J}$. Đáp án A.
Bài luyện
Một phép tính chỉ xét đun nước từ 20 °C đến lúc vừa đạt 100 °C, chưa hóa hơi hết. Cách hiểu nào đúng?
Đạt nhiệt độ sôi khác với hóa hơi hết.
Nước đang sôi vẫn cần năng lượng để chuyển thể.
Thiết bị và môi trường cũng có thể nhận năng lượng.
Đúng: cần phân biệt phạm vi phép tính và năng lượng nguồn cấp.
Lời giải
Phép tính tăng nhiệt độ chỉ đưa nước đến mốc 100 °C. Khi tiếp tục sôi, nước còn nhận năng lượng để chuyển sang hơi. Ngoài ra nguồn thực tế phải cấp cho cả thiết bị và phần thất thoát. Đáp án D.