Một học sinh thực hiện thí nghiệm để đo nhiệt hóa hơi riêng của nước. Học sinh cung cấp nhiệt lượng 150000 J để đun nóng hoàn toàn 400 g nước từ 20°C đến nhiệt độ sôi (100°C), và có thể làm bay hơi nướ...

Giải bài toán về nhiệt hóa hơi
Phân tích bài toán:
Thông tin đã cho:
Nhiệt lượng cung cấp: Q = 150000 J
Khối lượng nước ban đầu: m = 400g = 0.4kg
Nhiệt độ ban đầu: t₁ = 20°C
Nhiệt độ sôi: t₂ = 100°C
Nhiệt dung riêng của nước: c = 4200 J/(kg·°C)
Nhiệt hóa hơi riêng của nước: L = 2260 J/kg
Yêu cầu:
Tính phần trăm khối lượng nước đã bay hơi so với khối lượng còn lại.
Giải:
Bước 1: Tính nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ nước từ 20°C lên 100°C:

Q₁ = m * c * Δt = 0.4 * 4200 * (100 - 20) = 134400 J
Bước 2: Tính nhiệt lượng còn lại để làm bay hơi nước:

Q₂ = Q - Q₁ = 150000 - 134400 = 15600 J
Bước 3: Tính khối lượng nước bị bay hơi:

m' = Q₂ / L = 15600 / 2260 ≈ 6.9 kg
Bước 4: Tính khối lượng nước còn lại:

m'' = m - m' = 0.4 - 6.9 ≈ -6.5 kg
Kết quả:

Vấn đề phát sinh: Kết quả thu được cho thấy khối lượng nước còn lại là âm, điều này là không hợp lý trong thực tế. Điều này cho thấy rằng lượng nhiệt cung cấp là quá lớn so với lượng nước ban đầu, và toàn bộ lượng nước đã chuyển hóa thành hơi.
Kết luận:

Toàn bộ lượng nước (400g) đã bay hơi hoàn toàn.
Nguyên nhân của kết quả bất thường:

Dữ liệu đầu vào có thể chưa chính xác: Có thể có sai sót trong việc đo lường hoặc ghi lại các giá trị nhiệt lượng, khối lượng hay nhiệt độ.
Giả thiết ban đầu không phù hợp: Giả thiết rằng một phần nước chỉ được đun nóng đến 100°C và phần còn lại bay hơi có thể không đúng trong trường hợp này.
Để có kết quả chính xác hơn, cần xem xét lại các dữ liệu ban đầu và điều kiện thực hiện thí nghiệm.

Lưu ý: Trong thực tế, khi đun nước, một phần nhiệt lượng sẽ mất mát ra môi trường xung quanh. Do đó, lượng nhiệt cần thiết để làm bay hơi hoàn toàn lượng nước sẽ lớn hơn so với tính toán lý thuyết.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bay hơi:

Nhiệt độ: Nhiệt độ càng cao, tốc độ bay hơi càng nhanh.
Diện tích mặt thoáng: Diện tích mặt thoáng càng lớn, tốc độ bay hơi càng nhanh.
Độ ẩm của không khí: Độ ẩm không khí càng thấp, tốc độ bay hơi càng nhanh.
Áp suất: Áp suất càng thấp, tốc độ bay hơi càng nhanh.