Tailieumoi.vn biên soạn và giới thiệu bộ câu hỏi Vật lí gồm các kiến thức lý thuyết và thực hành, giúp học sinh ôn tập và bổ sung kiến thức cũng như hoàn thành tốt các bài kiểm tra môn Vật lí. Mời các bạn đón xem:

Top 1000 câu hỏi thường gặp môn Vật lí (Phần 9)

Bài 59: ​Một bình nhiệt lượng kế chứa nước có khối lượng nước m1 = 100 g đang ở nhiệt độ t1 = 25^oC. Người ta thả vào bình một quả cầu bằng kim loại có khối lượng m₂ = 100 g đang ở nhiệt độ t₂ = 100^oC. Nhiệt độ của hệ thống khi cân bằng nhiệt là t_cb = 30^oC. Sau đó người ta đổ thêm vào bình một lượng nước có khối lượng m₃ = 200 g cũng có nhiệt độ là t₁ = 25^oC thì nhiệt độ của hệ thống khi cân bằng nhiệt là tcb = 27,5^oC. Cho biết c₁ = 4200 J/Kg.K. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt của hệ thống với môi trường bên ngoài. Bình nhiệt lượng kế có thu và tỏa nhiệt. Tính nhiệt dung riêng c₂ của kim loại chế tạo quả cầu.

Lời giải:

Gọi c₀, m₀ là nhiệt dung riêng và khối lượng của nhiệt lượng kế.

*Quá trình 1

Nhiệt lượng mà nước và nhiệt lượng kế thu vào: \({Q_1} = \left( {{m_1}{c_1} + {m_0}{c_0}} \right)\left( {{t_{cb}} - {t_1}} \right)\)

\({Q_1} = \left( {0,1.4200 + {m_0}{c_2}} \right)\left( {30 - 25} \right) = 5\left( {420 + {m_0}{c_0}} \right)\)

Nhiệt lượng do quả cầu tỏa ra: \({Q_2} = {m_2}{c_2}\left( {{t_2} - {t_{cb}}} \right) = 0,1.{c_2}.\left( {100 - 30} \right) = 7{c_2}\) (J)

Phương trình cân bằng nhiệt: \({Q_1} = {Q_2} \Leftrightarrow 5\left( {420 + {m_0}{c_0}} \right) = 7{c_2}\) (1)

*Quá trình 2

Nhiệt lượng do nước đổ thêm vào thu vào

\[{Q_3} = {m_3}.{c_1}.\left( {t{'_{cb}} - {t_3}} \right) = 0,2.4200.(27,5 - 25) = 2100(J)\]

Nhiệt lượng do nước, nhiệt lượng kế, quả cầu tỏa ra:

\[{Q_4} = \left( {{m_1}{c_1} + {m_0}{c_0} + 0,1.{c_2}} \right)\left( {{t_{cb}} - t{'_{cb}}} \right)\]

\[ \Rightarrow {Q_4} = \left( {0,1.4200 + {m_o}{c_o} + 0,1{c_2}} \right)\left( {30 - 27,5} \right)\]

\[ \Rightarrow {Q_4} = (420 + {m_0}{c_0}).2,5 + 0,1.2,5.{c_2}\] (2)

Thay (1) vào (2) \[ \Rightarrow {Q_4} = \frac{{7{c_2}}}{5}.2,5 + 0,25.{c_2} = 3,75{c_2}\]

Phương trình cân bằng nhiệt: \[{Q_4} = {Q_3} \Leftrightarrow 3,75{c_2} = 2100 \Leftrightarrow {c_2} = 560(J/kg.k)\]