by Rót nước ở nhiệt độ t$_{1}$ = 20°C vào một nhiệt lượng kế (Bình cách nhiệt). Thả trong nước một cục nước đá có khối lượng m$_{2}$ = 0,5kg ở nhiệt độ t$_{2}$ = – 15°C. Hãy tìm nhiệt độ của hỗn hợp sau khi cân bằng nhiệt được thiết lập. Biết khối lượng nước đổ vào m$_{1}$ = m$_{2}$. Cho nhiệt dung riêng của nước C$_{1}$ = 4200J/Kgđộ; của nước đá C$_{2}$ = 2100J/kg.K; Nhiệt nóng chảy của nước đá λ = 3,4.10$^{5}$J/kg. Bỏ qua khối lượng của nhiệt lượng kế.
Hướng dẫn
– Khi được làm lạnh tới 0°C, nước toả ra một nhiệt lượng bằng:
Q$_{1}$ = m$_{1}$.C$_{1}$(t – 0) = 0,5.4200.20 = 42 000 (J)
– Để làm tăng nhiệt độ nước đá tới 0°C cần tốn một nhiệt lượng:
Q$_{2}$ = m$_{2}$.C$_{2}$(0 – t$_{2}$) = 0,5.2100.15 = 15 750 (J)
– Bây giờ muốn làm cho toàn bộ nước đá ở 0°C tan thành nước cũng ở 0°C cần một nhiệt lượng là:
Q$_{3}$ = λ.m$_{2}$ = 3,4.10$^{5}$.0,5 = 170 000J
– Ta thấy:
Q$_{1}$ > Q$_{2}$ : Nước đá có thể nóng tới 0°C bằng cách nhận nhiệt lượng do nước toả ra.
Q$_{1}$ < Q$_{3}$ + Q$_{2}$ : Nước đá không thể tan hoàn toàn mà chỉ tan một phần.
– Vậy sau khi cân bằng nhiệt được thiết lập nước đá không tan hoàn toàn và nhiệt độ của hỗn hợp là 0°C
Đáp số: 0°C
