Một ấm nhôm khối lượng 500g, chứa 2 lít nước ở 20 độC. Tính nhiệt lượng tối thiểu cần thiết để đun sôi nước.

Để đun sôi nước, ta cần nhiệt lượng để nước chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi mà không thay đổi nhiệt độ. Đây được gọi là nhiệt hơi của nước. Nhiệt hơi của nước là 40.7 kJ/mol ở áp suất khí quyển. Vì vậy, để tính nhiệt lượng cần thiết để đun sôi 2 lít nước, ta cần biết số mol của nước trong 2 lít đó. Thể tích riêng của nước là 1 ml/g, vì vậy 2 lít nước có khối lượng là 2000 g. Số mol của nước là: n = m/M = 2000 g / 18 g/mol = 111.11 mol Vậy nhiệt lượng cần thiết để đun sôi 2 lít nước là: Q = n * ΔHv = 111.11 mol * 40.7 kJ/mol = 4527.77 kJ Tuy nhiên, để đun sôi nước trong ấm nhôm, ta cần thêm nhiệt lượng để làm nóng cả ấm và nước trong ấm lên nhiệt độ sôi của nước (100 độ C). Để tính nhiệt lượng này, ta sử dụng công thức: Q = m * c * ΔT Trong đó: - m là khối lượng của ấm và nước trong ấm (500 g + 2000 g = 2500 g) - c là năng lượng riêng của nhôm (0.9 J/g.°C) hoặc nước (4.18 J/g.°C) - ΔT là sự thay đổi nhiệt độ từ 20 độ C lên 100 độ C (ΔT = 80 độ C) Vì không biết chính xác năng lượng riêng của ấm nhôm, ta sẽ giả định rằng c của ấm nhôm là 0.9 J/g.°C. Vậy nhiệt lượng cần thiết để làm nóng ấm và nước trong ấm lên nhiệt độ sôi của nước là: Q = m * c * ΔT = 2500 g * 0.9 J/g.°C * 80 °C = 180000 J = 180 kJ Vậy tổng nhiệt lượng tối thiểu cần thiết để đun sôi nước trong ấm nhôm là: Q_total = Q_hoi + Q_nong = 4527.77 kJ + 180 kJ = 4707.77 kJ Vậy nhiệt lượng tối thiểu cần thiết để đun sôi nước trong ấm nhôm là 4707.77 kJ.