Giải Bài 4 trang 33 SGK Vật lí 12

Lời giải

a) Thời gian đun nước đến khi sôi

Nước sôi ở áp suất tiêu chuẩn tại nhiệt độ $100\ ^\circ\text{C}$. Nhiệt lượng cần cung cấp để đun $m = 300\text{ g} = 0{,}3\text{ kg}$ nước từ $20\ ^\circ\text{C}$ lên $100\ ^\circ\text{C}$:

$$Q = mc\,\Delta t = 0{,}3 \cdot 4{,}2\cdot 10^3 \cdot (100 - 20) = 100\,800\text{ J}$$

Coi toàn bộ điện năng mà ấm tiêu thụ chuyển hết thành nhiệt cung cấp cho nước, công suất $P = 1\,000$ W nên thời gian cần thiết:

$$t = \dfrac{Q}{P} = \dfrac{100\,800}{1\,000} \approx 100{,}8\text{ s} \approx 1\text{ phút }41\text{ giây}$$

*Vì sao kết quả chỉ gần đúng:* ta đã giả thiết toàn bộ điện năng do ấm tiêu thụ đều dùng để làm nóng nước. Thực tế một phần nhiệt bị hao phí: truyền cho vỏ ấm, tỏa ra môi trường xung quanh, làm bay hơi một phần nước trước khi sôi... nên hiệu suất nhỏ hơn 100%. Do đó thời gian đun thực tế sẽ lớn hơn giá trị tính được.

b) Lượng nước còn lại sau khi sôi thêm 2 phút

Khi nước đã sôi, nhiệt độ giữ không đổi ở $100\ ^\circ\text{C}$; nhiệt lượng cung cấp dùng để hóa hơi nước. Trong thời gian $t' = 2\text{ phút} = 120\text{ s}$, nhiệt lượng ấm cung cấp:

$$Q' = P\,t' = 1\,000 \cdot 120 = 120\,000\text{ J}$$

Khối lượng nước hóa hơi:

$$\Delta m = \dfrac{Q'}{L} = \dfrac{120\,000}{2{,}26\cdot 10^6} \approx 0{,}053\text{ kg} = 53\text{ g}$$

Lượng nước còn lại trong ấm:

$$m' = m - \Delta m = 300 - 53 = 247\text{ g}$$

Đáp số