KHỞI ĐỘNG

Khi nước bắt đầu sôi, phải tiếp tục cung cấp nhiệt lượng cho nước để nước tiếp tục sôi (hóa hơi). Làm thế nào để xác định được độ lớn của nhiệt lượng làm hoá hơi hoàn toàn một lượng nước ở nhiệt độ không đổi?

Giải chi tiết:

Để xác định được độ lớn của nhiệt lượng làm hoá hơi hoàn toàn một lượng nước ở nhiệt độ không đổi ta dùng công thức sau: trong đó Q là nhiệt lượng cần truyền cho chất lỏng (J), m là khối lượng chất lỏng (kg), L là nhiệt hoá hơi riêng của chất lỏng (J/K).

I. KHÁI NIỆM HÓA HƠI RIÊNG

Hoạt động 1: Tính nhiệt lượng cần thiết để làm cho 10 kg nước ở 25 ^oC chuyển hoàn toàn thành hơi nước ở 100 ^oC. Cho nhiệt lượng của nước là 4 200 J/kg.K; nhiệt hóa hơi riêng của nước ở 100 ^oC là 2,26.10⁶ J/kg.

Giải chi tiết:

m = 10 kg ; c = 4200 J/kg.K ; L = 2,26.10⁶ J/kg

Nhiệt lượng cần truyền cho nước để nhiệt độ của nó tăng lên 100℃ là:

Q = mc∆t = 10. 4200. (100-25) = 315.10⁴ J

Nhiệt lượng cần truyền cho nước để hoá hơi hoàn toàn ở 100℃ là:

Q = Lm = 2,26.10⁶.10 = 2,26.10⁷ J

Vậy nhiệt lượng cần thiết để làm cho 10 kg nước ở 25℃ chuyển hoàn toàn thành hơi nước ở 100℃ là: 315.10⁴ + 2,26.10⁷ = 2574.10⁴ J

Hoạt động 2: Vận động viên chạy Marathon mất rất nhiều nước trong khi thi đấu. Các vận động viên thường chỉ có thể chuyển hóa khoảng 20% năng lượng hóa học dự trữ trong cơ thể thành năng lượng dùng cho các hoạt động của cơ thể, đặc biệt là hoạt động chạy. Phần năng lượng còn lại chuyển thành nhiệt thải ra ngoài nhờ sự bay hơi của nước qua hô hấp và da để giữ cho nhiệt độ cơ thể không đổi. Nếu vận động viên dùng hết 11 000 kJ trong cuộc thi thì có khoảng bao nhiêu lít nước đã thoát ra khỏi cơ thể? Coi nhiệt độ cơ thể của vận động viên hoàn toàn không đổi và nhiệt hóa hơi riêng của nước trong cơ thể vận động viên là 2,45.10⁶ J/kg.

Giải chi tiết:

Q = 11000 kJ , L= 2,45.10⁶ J/kg

Các vận động viên thường chỉ có thể chuyển hóa khoảng 20% năng lượng hóa học dự trữ trong cơ thể thành năng lượng dùng có nghĩa là còn 80% năng lượng còn lại chuyển thành nhiệt thải ra ngoài.

Nếu vận động viên dùng hết 11 000 kJ trong cuộc thi thì phần năng lượng chuyển thành nhiệt để thải ra ngoài là: 11000.10³ .80% = 88.10⁵ J

Số lít nước thoát ra ngoài cơ thể là: kg

II. THỰC HÀNH ĐO NHIỆT HÓA HƠI RIÊNG CỦA NƯỚC

Hoạt động: Hãy trả lời các câu hỏi sau:

- Từ công thức (6.3), cho biết cần đo đại lượng nào để xác định nhiệt hóa hơi riêng của nước.

- Nhiệt lượng làm cho nước trong bình nhiệt lượng kế hóa hơi được lấy từ đâu?

- Xác định nhiệt lượng nước trong bình nhiệt lượng kế thu được để hóa hơi bằng cách nào?

- Mô tả các bước tiến hành thí nghiệm.

- Để đảm bảo an toàn trong khi làm thí nghiệm cần phải chú ý điều gì?

Giải chi tiết:

- Để xác định nhiệt hóa hơi riêng của nước ta cần biết khối lượng chất lỏng m và nhiệt lượng cần truyền cho chất lỏng.

- Nhiệt lượng làm cho nước trong bình nhiệt kế hoá hơi lấy từ bếp điện hoặc muột nguồn điện nào đó có thể đun nóng được.

- Xác định nhiệt lượng nước trong bình nhiệt lượng kế thu được để hóa hơi bằng cách sử dụng công thức: : trong đó Q là nhiệt lượng cần truyền cho chất lỏng (J), m là khối lượng chất lỏng (kg), L là nhiệt hoá hơi riêng của chất lỏng (J/K).

- Mô tả các bước tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Đo lượng nước: ta sử dụng cân đong để đong lượng nước chính xác mà đề bài yêu cầu và đổ nước vào bình nhiệt kế.

Bước 2: Sau khi đong lượng nước xong, ta sử dụng nhiệt kế để đo nhiệt độ của nước lúc này và ghi lại.

Bước 3: Đặt bình nhiệt kế trên nguồn điện và đun lên đến khi nước nóng và bốc hơi hoàn toàn.

Bước 4: Sau một khoảng thời gian cố định mà giáo viên yêu cầu thì dùng nhiệt kế đo lại nhiệt độ của bình nước và ghi lại kết quả.

Bước 5: Tính toán kết quả, sử dụng công thức Q =mc∆T với m là khối lượng của nước, c là nhiệt dung riêng của nước, ∆T là sự thay đổi của nhiệt độ của nước ban đầu và sau khi đun.

Bước 6: Tính toán kết quả lượng nước hoá hơi ở 100℃ bằng công thức nếu đề bài yêu cầu tính nhiệt lượng cần thiết để hoá hơi hoàn toàn.

Bước 6: Đánh giá kết quả

- Để đảm bảo an toàn trong khi làm thí nghiệm cần phải chú ý tuân thủ an toàn quy tắc phòng thí nghiệm, lúc dùng nhiệt kế đo nước cần phải cẩn thận không bị bỏng, dụng cụ thí nghiệm cần phải đảm bảo an toàn.

Hoạt động: Từ kết quả thí nghiệm thu được, thực hiện các yêu cầu sau:

- Vẽ đồ thị khối lượng m theo thời gian .

- Vẽ đường thẳng đi gần các điểm thực nghiệm nhất (tham khảo Hình 6.1). chọn hai điểm P, Q tùy ý trên đồ thị, xác định giá trị khối lượng m_P, m_Q và thời gian tướng ứng.

- Tính công suất trung bình của dòng điện qua điện trở của nhiệt lượng kế.

- Tính nhiệt lượng hóa hơi riêng của nước theo công thức:

Trong đó là nhiệt lượng do dòng điện qua điện trở tỏa ra trong thời gian ; {} là khối lượng nước đã hóa hơi trong khoảng thời gian trên.

- Xác định sai số của phép đo nhiệt hóa hơi riêng của nước.

Giải chi tiết:

- Đồ thị khối lượng m theo thời gian :

- m_P = 0,1187 kg ; m_Q = 0,1153 kg

-

- Công suất trung bình của dòng điện qua điện trở của nhiệt lượng kế là:

- Nhiệt lượng hóa hơi riêng của nước theo công thức:

J/kg

- Sai số của phép đo nhiệt hóa hơi riêng của nước là:

2260000 – 2235294 = 24706

Em có thể:

- Xác định được nhiệt hoá hơi riêng của nước ở nhiệt độ sôi.

- Sử dụng khái niệm nhiệt hoá hơi riêng để giải thích các hiện tượng có liên quan.

Giải chi tiết:

- Xác định được nhiệt hoá hơi riêng của nước ở nhiệt độ sôi bằng công thức: trong đó Q là nhiệt lượng cần truyền cho chất lỏng (J), m là khối lượng chất lỏng (kg), L là nhiệt hoá hơi riêng của chất lỏng (J/K).

- Ví dụ: Nồi hấp tiệt trùng sử dụng công nghệ hơi nước bão hòa để sinh ra nhiệt và tiêu diệt các vi sinh vật bám trên vật liệu được dưa vào nồi hấp. Công nghệ hơi nước bão hòa dựa trên quá trình:Nước được gia nhiệt trong két nước: tại đây nước tiếp nhận nhiệt lượng và đạt đến điểm sôi. Tại điểm sôi nước thu nhiệt hóa hơi tạo thành hơi bão hòa. Sau đó, hơi nước bão hòa được đưa vào buồng hấp, tại dây hơi nước tiếp xúc với các vật liệu trong buồng hấp. Khi tiếp xúc với các vật liệu trong buồng hấp thì hơi bão hòa sẽ truyền nhiệt gia nhiệt cho vật liệu cần được khử trùng từ đó nhiệt được truyền vào vật cần khử trùng và tiêu diệt các vi khuẩn có trên bề mặt.