Sách giáo khoa Vật lí 12

Giải Câu hỏi 2 trang 25 SGK Vật lí 12

Bài 5. Nhiệt nóng chảy riêng   Đã kiểm chéo

Đề bài

Tính thời gian cần thiết để làm nóng chảy hoàn toàn 2 kg đồng có nhiệt độ ban đầu 30 °C, trong một lò nung điện có công suất 20 000 W. Biết chỉ có 50% năng lượng tiêu thụ của lò được dùng vào việc làm đồng nóng lên và nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ không đổi.

Bài có hình vẽ / bảng trong sách — xem ở trang 25 · mở sách.
Mô tả hình bằng lời

Cần dùng dữ liệu Bảng 5.1 (Giá trị gần đúng của nhiệt nóng chảy riêng ở nhiệt độ nóng chảy dưới áp suất tiêu chuẩn của một số chất):

| Chất | Nhiệt độ nóng chảy (°C) | Nhiệt nóng chảy riêng (J/kg) |
|---|---|---|
| Nước đá | 0 | $3,34.10^5$ |
| Sắt | 1 535 | $2,77.10^5$ |
| Đồng | 1 084 | $1,80.10^5$ |
| Chì | 327 | $0,25.10^5$ |

Đồng: nhiệt độ nóng chảy 1 084 °C, nhiệt nóng chảy riêng $\lambda = 1,80.10^5$ J/kg.

Lời giải

Tóm tắt và phân tích

Để làm nóng chảy hoàn toàn khối đồng ở nhiệt độ ban đầu $30\,^\circ\text{C}$, cần thực hiện hai giai đoạn:
- Đun nóng đồng từ $30\,^\circ\text{C}$ lên đến nhiệt độ nóng chảy $1\,084\,^\circ\text{C}$.
- Làm đồng nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ không đổi $1\,084\,^\circ\text{C}$.

Dữ kiện: $m = 2\ \text{kg}$; nhiệt dung riêng của đồng $c = 380\ \text{J/(kg·K)}$; nhiệt nóng chảy riêng $\lambda = 1,80.10^5\ \text{J/kg}$ (Bảng 5.1); công suất lò $P = 20\,000\ \text{W}$; hiệu suất $H = 50\% = 0,5$.

a) Nhiệt lượng cần cung cấp cho đồng

Nhiệt lượng để đun nóng đồng tới nhiệt độ nóng chảy:
$$Q_1 = mc\Delta t = 2 \cdot 380 \cdot (1\,084 - 30) = 2 \cdot 380 \cdot 1\,054 = 801\,040\ \text{J}$$

Nhiệt lượng để làm nóng chảy hoàn toàn khối đồng ở nhiệt độ nóng chảy:
$$Q_2 = \lambda m = 1,80.10^5 \cdot 2 = 3,6.10^5 = 360\,000\ \text{J}$$

Tổng nhiệt lượng có ích cần cung cấp cho đồng:
$$Q = Q_1 + Q_2 = 801\,040 + 360\,000 = 1\,161\,040\ \text{J} \approx 1,16.10^6\ \text{J}$$

b) Thời gian cần thiết

Vì chỉ có $50\%$ năng lượng tiêu thụ của lò được dùng để làm nóng và nóng chảy đồng nên công suất có ích (phần năng lượng truyền cho đồng trong mỗi giây) là:
$$P_{ich} = H \cdot P = 0,5 \cdot 20\,000 = 10\,000\ \text{W}$$

Năng lượng có ích cung cấp cho đồng bằng tổng nhiệt lượng $Q$, nên thời gian cần thiết:
$$t = \dfrac{Q}{P_{ich}} = \dfrac{1\,161\,040}{10\,000} \approx 116\ \text{s}$$

Kiểm tra lại: $P_{ich} \cdot t = 10\,000 \cdot 116,1 \approx 1,16.10^6\ \text{J} = Q$ (thỏa mãn). Vậy cần khoảng $116\ \text{s}$ (gần $2$ phút).

Đáp số

Q₁ = 801 040 J; Q₂ = 360 000 J; Q = 1,16.10⁶ Jt ≈ 116 s

Lời giải do Thư viện nhà trường biên soạn, giải và kiểm chéo độc lập theo SGK 2026-2027.