Giải Bài 5 trang 33 SGK Vật lí 12

Lời giải

Tóm tắt dữ kiện (đổi đơn vị):

- Khối lượng ấm nhôm: $m_1 = 600\ \text{g} = 0{,}6\ \text{kg}$
- Khối lượng nước: $m_2 = 1{,}5\ \text{lít} \times 1\ \text{kg/lít} = 1{,}5\ \text{kg}$
- Độ tăng nhiệt độ: $\Delta t = 100 - 20 = 80\ ^\circ\text{C}$
- Thời gian đun: $\tau = 35\ \text{phút} = 35 \times 60 = 2100\ \text{s}$
- Khối lượng nước hoá hơi: $m = 20\%\ m_2 = 0{,}2 \times 1{,}5 = 0{,}3\ \text{kg}$
- $c_1 = 880\ \text{J/kg.K}$; $c_2 = 4200\ \text{J/kg.K}$; $L = 2{,}26\cdot10^6\ \text{J/kg}$; hiệu suất $H = 75\% = 0{,}75$.

Bước 1 — Nhiệt lượng làm ấm và nước nóng lên tới $100\ ^\circ\text{C}$:

$$Q_1 = (m_1 c_1 + m_2 c_2)\,\Delta t = (0{,}6 \times 880 + 1{,}5 \times 4200)\times 80$$
$$Q_1 = (528 + 6300)\times 80 = 6828 \times 80 = 546\,240\ \text{J}$$

Bước 2 — Nhiệt lượng làm $20\%$ lượng nước hoá hơi ở $100\ ^\circ\text{C}$:

$$Q_2 = L\,m = 2{,}26\cdot10^6 \times 0{,}3 = 678\,000\ \text{J}$$

Bước 3 — Nhiệt lượng có ích (thực sự dùng để đun ấm nước):

$$Q_{\text{ích}} = Q_1 + Q_2 = 546\,240 + 678\,000 = 1\,224\,240\ \text{J}$$

Bước 4 — Nhiệt lượng bếp phải toả ra (vì chỉ $75\%$ được dùng để đun):

$$Q_{\text{ích}} = H\,Q_{\text{toả}} \;\Rightarrow\; Q_{\text{toả}} = \dfrac{Q_{\text{ích}}}{H} = \dfrac{1\,224\,240}{0{,}75} = 1\,632\,320\ \text{J}$$

Bước 5 — Nhiệt lượng trung bình bếp cung cấp trong mỗi giây:

$$\overline{Q} = \dfrac{Q_{\text{toả}}}{\tau} = \dfrac{1\,632\,320}{2100} \approx 777{,}3\ \text{J}$$

Kiểm tra: $777{,}3 \times 2100 \times 0{,}75 \approx 1\,224\,240\ \text{J} = Q_1 + Q_2$ ✓.

Kết luận: Mỗi giây bếp điện cung cấp trung bình khoảng $777{,}3\ \text{J}$ (tức công suất toả nhiệt của bếp $\approx 777{,}3\ \text{W}$).

Đáp số