Câu 2:
Dữ liệu đã cho:
- Khối lượng nhiệt lượng kế (đồng thau): m_nl = 128 g = 0,128 kg
- Khối lượng nước: m_n = 210 g = 0,210 kg
- Nhiệt độ ban đầu của nước và nhiệt lượng kế: T1 = 8,4°C
- Khối lượng miếng kim loại: m_k = 192 g = 0,192 kg
- Nhiệt độ ban đầu của miếng kim loại: T2 = 100°C
- Nhiệt độ cuối cùng khi cân bằng nhiệt: T = 21,5°C
- Nhiệt dung riêng của nước: c_n = 4,18 × 10^3 J/kg.K
- Nhiệt dung riêng của đồng thau: c_nl = 0,128 × 10^3 J/kg.K
a) Phát biểu: Khi thả miếng kim loại nóng vào nhiệt lượng kế chứa nước lạnh, miếng kim loại sẽ mất nhiệt (thu nhiệt âm), còn nhiệt lượng kế và nước sẽ nhận nhiệt (thu nhiệt dương). Vậy câu a) "Khi thả miếng kim loại vào nhiệt lượng kế thì miếng kim loại thu nhiệt" là **sai** vì miếng kim loại nóng sẽ tỏa nhiệt, không thu nhiệt.
b) "Khi thả miếng kim loại vào nhiệt lượng kế thì nhiệt lượng kế và nước thu nhiệt" là **đúng**, vì nhiệt lượng kế và nước từ nhiệt độ thấp tăng lên nhiệt độ cân bằng.
c) Phương trình cân bằng nhiệt của hệ:
Nhiệt lượng mất của miếng kim loại = nhiệt lượng thu của nước + nhiệt lượng thu của nhiệt lượng kế
Công thức:
Q_kim_loai = m_k * c_k * (T2 - T)
Q_nuoc = m_n * c_n * (T - T1)
Q_nl = m_nl * c_nl * (T - T1)
Phương trình cân bằng nhiệt:
m_k * c_k * (T2 - T) = m_n * c_n * (T - T1) + m_nl * c_nl * (T - T1)
d) Tính nhiệt dung riêng của miếng kim loại:
Ta có:
c_k = [m_n * c_n * (T - T1) + m_nl * c_nl * (T - T1)] / [m_k * (T2 - T)]
Thay số:
c_k = [0,210 * 4,18×10^3 * (21,5 - 8,4) + 0,128 * 0,128×10^3 * (21,5 - 8,4)] / [0,192 * (100 - 21,5)]
Tính từng phần:
- ΔT nước và nhiệt lượng kế: 21,5 - 8,4 = 13,1°C
- Nhiệt lượng nước thu: 0,210 * 4180 * 13,1 = 0,210 * 4180 * 13,1 ≈ 11.505,18 J
- Nhiệt lượng nhiệt lượng kế thu: 0,128 * 128 * 13,1 = 0,128 * 128 * 13,1 ≈ 214,21 J
- Tổng nhiệt lượng thu: 11.505,18 + 214,21 = 11.719,39 J
- ΔT miếng kim loại mất: 100 - 21,5 = 78,5°C
Tính c_k:
c_k = 11.719,39 / (0,192 * 78,5) = 11.719,39 / 15,072 ≈ 777,6 J/kg.K = 0,778 × 10^3 J/kg.K
Vậy nhiệt dung riêng của miếng kim loại là khoảng 0,78 × 10^3 J/kg.K.
---
**Tóm tắt câu trả lời:**
a) Sai, miếng kim loại tỏa nhiệt (mất nhiệt), không thu nhiệt.
b) Đúng, nhiệt lượng kế và nước thu nhiệt.
c) Phương trình cân bằng nhiệt:
$ m_k c_k (T_2 - T) = m_n c_n (T - T_1) + m_{nl} c_{nl} (T - T_1) $
d) Nhiệt dung riêng của miếng kim loại là khoảng:
$ c_k \approx 0,78 \times 10^3 \; J/(kg \cdot K) $