Giải Câu hỏi trang 31 SGK Vật lí 12

Lời giải

Đây là câu hỏi mở đầu bài luyện tập, nhằm hệ thống lại toàn bộ kiến thức của chương Vật lí nhiệt. Để giải được các bài tập về Vật lí nhiệt, ta cần nắm vững các kiến thức và công thức cơ bản sau:

a) Thang nhiệt độ và mối liên hệ giữa các thang đo

Nhiệt độ trong thang Kelvin và thang Celsius liên hệ với nhau bởi:

$$T\,(\text{K}) = t\,(^{\circ}\text{C}) + 273$$

Độ chênh lệch nhiệt độ trong hai thang đo là như nhau: $\Delta T = \Delta t$.

b) Nội năng và định luật I của nhiệt động lực học

Nội năng của vật có thể thay đổi bằng hai cách: thực hiện công và truyền nhiệt. Độ biến thiên nội năng được xác định bởi định luật I nhiệt động lực học:

$$\Delta U = A + Q$$

trong đó $A$ là công và $Q$ là nhiệt lượng mà vật nhận được. Quy ước về dấu: vật nhận công, nhận nhiệt thì $A > 0$, $Q > 0$; vật sinh công, tỏa nhiệt thì $A < 0$, $Q < 0$.

c) Nhiệt lượng trao đổi khi vật thay đổi nhiệt độ (chưa chuyển thể)

Khi một vật khối lượng $m$ thay đổi nhiệt độ một lượng $\Delta t$ (hoặc $\Delta T$), nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa ra là:

$$Q = mc\,\Delta t$$

với $c$ là nhiệt dung riêng của chất (đơn vị J/(kg·K)).

d) Nhiệt lượng trao đổi khi vật chuyển thể (ở nhiệt độ không đổi)

Nhiệt lượng cần để làm nóng chảy hoàn toàn khối chất rắn ở nhiệt độ nóng chảy:

$$Q = \lambda m$$

với $\lambda$ là nhiệt nóng chảy riêng (đơn vị J/kg).

Nhiệt lượng cần để làm hóa hơi hoàn toàn khối chất lỏng ở nhiệt độ sôi:

$$Q = Lm$$

với $L$ là nhiệt hóa hơi riêng (đơn vị J/kg).

e) Phương trình cân bằng nhiệt

Trong một hệ cô lập, khi các vật trao đổi nhiệt với nhau thì tổng nhiệt lượng tỏa ra bằng tổng nhiệt lượng thu vào:

$$Q_{\text{tỏa}} = Q_{\text{thu}}$$

Đây là cơ sở để giải các bài toán trộn lẫn, truyền nhiệt giữa nhiều vật.

Kết luận: Khi giải bài tập Vật lí nhiệt, ta cần phối hợp các công thức tính nhiệt lượng ($Q = mc\,\Delta t$, $Q = \lambda m$, $Q = Lm$), định luật I nhiệt động lực học ($\Delta U = A + Q$), cách đổi thang nhiệt độ ($T = t + 273$) và phương trình cân bằng nhiệt ($Q_{\text{tỏa}} = Q_{\text{thu}}$), đồng thời chú ý quy ước về dấu của công và nhiệt lượng.

Đáp số