- Khi CO₂ ở trong bình:

+ CO₂ ở thể khí, có áp suất cao (20 atm).

+ Nội năng của CO₂ (U₁) cao do:

Năng lượng động của các phân tử CO₂ cao (do chuyển động nhanh).
Năng lượng liên kết giữa các phân tử CO₂ cao (do ở trạng thái khí).
- Khi CO₂ phun ra khỏi bình:

+ CO₂ di chuyển từ môi trường áp suất cao (trong bình) sang môi trường áp suất thấp (bên ngoài).

+ Do chênh lệch áp suất, CO₂ tự nở ra nhanh chóng.

+ Quá trình nở ra này không có trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh (Q = 0).

+ Công thực hiện bởi hệ (A) là âm. Lý do:

Hệ (CO₂) tự nở ra, đẩy piston (miệng bình) ra ngoài.
Theo định nghĩa công, A = F.s, với F là lực đẩy của CO₂ và s là quãng đường di chuyển của piston.
Vì CO₂ đẩy piston ra ngoài, nên F hướng ra ngoài và s > 0.
Do đó, A = F.s < 0.
- Giải thích sự giảm nhiệt độ:

+ Theo định luật 1 nhiệt động lực học: ΔU = Q + A = 0 + A < 0

+ Do Q = 0 và A < 0, nên ΔU < 0.

+ Nội năng của CO₂ giảm (U₂ < U₁).

+ Sự giảm nội năng dẫn đến giảm nhiệt độ của CO₂.

- Lý do:

+ Năng lượng động của các phân tử CO₂ giảm do chúng di chuyển chậm lại.

+ Năng lượng liên kết giữa các phân tử CO₂ giảm do CO₂ chuyển từ thể khí sang thể rắn.

- Kết luận:

Sự giảm nhiệt độ của CO₂ khi phun ra khỏi bình là do sự giảm nội năng của CO₂. Nguyên nhân của sự giảm nội năng này là do công thực hiện bởi hệ (CO₂) khi nở ra nhanh chóng trong môi trường áp suất thấp.

A = 100 J (công thực hiện lên khí)

Q = -20 J (khí truyền nhiệt lượng ra môi trường xung quanh, nên Q < 0)

\(\Delta U = Q + A =  - 20 + 100 = 80J\)

a) Động năng của các phân tử nước tăng lên.

Nội năng của hệ tăng lên.

Nhiệt độ không thay đổi.

b) Động năng của các phân tử nước tiếp tục tăng lên.

Nội năng của hệ tiếp tục tăng lên.

Nhiệt độ tăng lên.

- Nội năng và nhiệt lượng có liên quan mật thiết với nhau:

+ Khi một vật nhận nhiệt lượng, nội năng của vật tăng lên.

+ Khi một vật tỏa nhiệt lượng, nội năng của vật giảm đi.

+ Tuy nhiên, nội năng không chỉ bao gồm nhiệt lượng, mà còn bao gồm cả năng lượng động và năng lượng liên kết của các phân tử.

Đáp án B

Khi chất chuyển từ thể rắn sang thể lỏng (nóng chảy) hoặc từ thể lỏng sang thể rắn (đông đặc), khoảng cách giữa các phân tử thay đổi nhưng không đáng kể.

Tuy nhiên, khi chất chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hoá hơi) hoặc từ thể khí sang thể lỏng (ngưng tụ), khoảng cách giữa các phân tử tăng lên đáng kể.

Đáp án C

Phương án thí nghiệm xác định nhiệt hóa hơi riêng của nước

- Dụng cụ:

Một cốc thủy tinh chịu nhiệt

Bình nhiệt lượng kế kèm dây điện trở

Oát kế

Cân hiện số

Nhiệt kế

Đồng hồ bấm giây

- Phương án:

+ Chuẩn bị:

Đổ một lượng nước cất vào cốc thủy tinh.

Đặt cốc nước vào bình nhiệt lượng kế.

Cắm dây điện trở vào ổ điện và điều chỉnh công suất.

Ghi lại nhiệt độ ban đầu của nước (t₁) bằng nhiệt kế.

Bật đồng hồ bấm giây.

+ Đo lường:

Ghi lại thời gian (t) để nước sôi.

Ghi lại số chỉ của oát kế (P) trong quá trình đun.

+ Tính toán:

Nhiệt lượng cung cấp cho nước:

Q = P.t

Khối lượng nước:

m = M - m₁

M: Khối lượng cốc và nước trước khi đun (kg)

m₁: Khối lượng cốc (kg)

Nhiệt hóa hơi riêng của nước:

\(L = \frac{Q}{m}\)

- Báo cáo kết quả:

Ghi lại kết quả đo lường và tính toán vào bảng.

Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt lượng cung cấp cho nước theo thời gian.

Tính toán sai số thí nghiệm.

- Thực hiện:

Thực hiện theo các bước trong phương án.

Ghi chép cẩn thận các dữ liệu đo lường.

Tính toán và phân tích kết quả.

Lưu ý:

Cần đảm bảo rằng nước sôi hoàn toàn trước khi ghi lại thời gian.

Cần sử dụng oát kế có độ chính xác cao.

Cần thực hiện thí nghiệm nhiều lần để có kết quả chính xác hơn.

Nhiệt lượng cần thiết để làm 2,0 g nước đá 20℃ chuyển hoàn toàn thành hơi nước ở 100 °C là

\(Q = m.c.\Delta T + m\lambda  + m.c.\Delta T + m.L = {2.10^{ - 3}}.2090.(0 - 20) + {2.10^{ - 3}}.340000 + {2.10^{ - 3}}.4200.(100 - 0) + {2.10^{ - 3}}.2256000 = 2512400J\)

Con số 2300.10⁵ J/kg cho biết lượng năng lượng cần thiết để làm 1 kg nước lỏng bay hơi là rất lớn.

Với số liệu như trong Bảng 4.3 thì nhiệt lượng đã cung cấp cho nước đá là

\(Q = {m_2}.c.\Delta T + {m_1}.\lambda  = {2.10^{ - 3}}.4200.20 + 15,{5.10^{ - 3}}.340000 = 42771J\)