Bài 3: Dùng một bếp điện để đun nóng một nồi đựng nước đá ở –20°C. Sau 2 phút thì nước đá bắt đầu nóng chảy. Cho biết nhiệt dung riêng của nước đá và của nước lần lượt là 2100 J/kg.K và 4200 J/kg.K. Nh...

a) Để tính thời gian nước đá bắt đầu nóng chảy hết, ta sử dụng công thức: Q = m×c×ΔT + m×λ Trong đó: - Q là lượng nhiệt cần thiết để nước đá nóng chảy hết - m là khối lượng của nước đá - c là nhiệt dung riêng của nước đá - ΔT là sự thay đổi nhiệt độ từ -20°C đến 0°C - λ là nhiệt nóng chảy của nước đá Ta có: - Khối lượng của nước đá = khối lượng của nước lỏng = m - Sự thay đổi nhiệt độ từ -20°C đến 0°C: ΔT = 0 - (-20) = 20°C Vậy công thức trở thành: Q = m×c×ΔT + m×λ = m×(c×ΔT + λ) Lượng nhiệt cần thiết để nước đá nóng chảy hết là: Q = m×(2100 J/kg.K × 20 K + 3,4×10^5 J/kg) = m×7,9×10^5 J Hiệu suất đun nóng là 60%, vậy lượng nhiệt cung cấp cho nồi nước là: Q' = 0,6×m×4200 J/kg.K×100 K = 2520m J Sau đó, ta sử dụng công thức để tính thời gian: t = Q/Q' = (m×7,9×10^5 J)/(2520m J) = 313,5 s ≈ 5,2 phút Vậy sau khoảng 5,2 phút nước đá sẽ nóng chảy hết. b) Để tính thời gian nước bắt đầu sôi, ta sử dụng công thức: Q = m×c×ΔT + m×λ + m×c×ΔT' Trong đó: - ΔT' là sự thay đổi nhiệt độ từ 0°C đến 100°C - Công thức này tính tổng lượng nhiệt cần thiết để nước đá nóng chảy hết và nước lỏng đun sôi. Ta có: - Sự thay đổi nhiệt độ từ 0°C đến 100°C: ΔT' = 100 - 0 = 100°C Vậy công thức trở thành: Q = m×(c×ΔT + λ + c×ΔT') = m×(2100 J/kg.K × 20 K + 3,4×10^5 J/kg + 4200 J/kg.K × 100 K) = m×4,18×10^6 J Sau đó, ta sử dụng công thức để tính thời gian: t = Q/Q' = (m×4,18×10^6 J)/(2520m J) = 1660 s ≈ 27,7 phút Vậy sau khoảng 27,7 phút nước sẽ bắt đầu sôi. c) Để vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ của nước vào thời gian đun, ta cần biết sự thay đổi nhiệt độ của nước theo thời gian. Ta có thể sử dụng công thức: Q = m×c×ΔT + m×λ + m×c×ΔT' Trong đó: - ΔT là sự thay đổi nhiệt độ từ -20°C đến 0°C - ΔT' là sự thay đổi nhiệt độ từ 0°C đến 100°C Ta đã tính được Q