Bài tập Vật Lí 12 Bài 6: Nhiệt hóa hơi riêng (25 bài tập)

Lớp 12 · Vật Lí Bài 6

Nhiệt Hóa Hơi Riêng

Khái niệm và ý nghĩa nhiệt hóa hơi riêng, công thức $Q = L m$, bài toán tổng hợp và thí nghiệm đo nhiệt hóa hơi riêng của nước

1
Khái niệm nhiệt hóa hơi riêng

▸ Nhắc lại về sự hóa hơi

  • Sự hóa hơi là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hơi).
  • Bay hơi: xảy ra ở mọi nhiệt độ, chỉ trên bề mặt chất lỏng.
  • Sôi: xảy ra ở nhiệt độ sôi xác định, cả trong lòng chất lỏng.
  • Khi đang sôi, nhiệt độ chất lỏng không đổi dù vẫn được cung cấp nhiệt.
💡
Nhiệt lượng cung cấp khi đang sôi dùng để phá vỡ liên kết giữa các phân tử, chuyển phân tử từ thể lỏng sang thể khí (không làm tăng nhiệt độ).

▸ Hệ thức từ thí nghiệm

Nhiệt lượng cần cung cấp để một lượng chất lỏng hóa hơi (ở nhiệt độ không đổi) tỉ lệ thuận với khối lượng chất lỏng hóa hơi:

$\dfrac{Q}{m} = $ hằng số

Với mỗi chất lỏng ở một nhiệt độ xác định, hằng số này có độ lớn riêng — gọi là nhiệt hóa hơi riêng của chất lỏng.

ĐỊNH NGHĨA
Nhiệt hóa hơi riêng của một chất lỏng là nhiệt lượng cần để làm cho 1 kg chất đó hóa hơi ở nhiệt độ xác định.
  • Kí hiệu: $L$.
  • Đơn vị: J/kg (không có K vì nhiệt độ không đổi).
  • Công thức: $L = \dfrac{Q}{m}$.

▸ Ý nghĩa vật lí

Nhiệt hóa hơi riêngÝ nghĩa
$L$ lớnCần nhiều nhiệt để hóa hơi → khó bay hơi.
$L$ nhỏCần ít nhiệt để hóa hơi → dễ bay hơi.
💡 VÍ DỤ THỰC TẾ
Ether có nhiệt hóa hơi riêng nhỏ ($0{,}40 \times 10^6$ J/kg) nên rất dễ bay hơi. Khi nhỏ ether lên da, ta thấy lạnh vì ether bay hơi nhanh và lấy nhiệt từ cơ thể.
2
Bảng nhiệt hóa hơi riêng & lưu ý áp suất
ChấtNhiệt độ sôi (°C)$L$ (J/kg)
Nước100$2{,}26 \times 10^6$
Rượu78$8{,}57 \times 10^5$
Ether34,5$0{,}40 \times 10^6$
Thủy ngân357$2{,}85 \times 10^5$

Nhận xét:

  • Nước có nhiệt hóa hơi riêng lớn nhất trong bảng → khó bay hơi nhất.
  • Thủy ngân có nhiệt hóa hơi riêng nhỏ nhất ($2{,}85 \times 10^5$ J/kg) → dễ bay hơi.
  • Nhiệt độ sôi không liên quan trực tiếp đến nhiệt hóa hơi riêng.
📌
Lưu ý: Nhiệt hóa hơi riêng của một chất phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Các giá trị trong bảng là ở áp suất tiêu chuẩn (1 atm).

▸ Ứng dụng của áp suất

Ứng dụngNguyên lí
Nồi áp suấtÁp suất cao → nhiệt độ sôi cao hơn 100°C → nấu chín thức ăn nhanh hơn.
Nồi hấp tiệt trùng y tếDùng hơi nước ở áp suất cao, nhiệt độ cao (~121°C) để tiêu diệt vi khuẩn.
3
Công thức Q = Lm & so sánh c, λ, L

Nhiệt lượng cần cung cấp để một lượng chất lỏng hóa hơi hoàn toàn (ở nhiệt độ không đổi):

CÔNG THỨC
$Q = L \cdot m$
Đại lượngKí hiệuĐơn vị
Nhiệt lượng hóa hơi$Q$J
Nhiệt hóa hơi riêng$L$J/kg
Khối lượng$m$kg

▸ So sánh ba công thức nhiệt lượng

Đặc điểm$Q = mc\Delta T$$Q = \lambda m$$Q = Lm$
Đại lượngNhiệt dung riêng $c$Nhiệt nóng chảy riêng $\lambda$Nhiệt hóa hơi riêng $L$
Đơn vịJ/(kg·K)J/kgJ/kg
Áp dụng khiĐổi nhiệt độĐang nóng chảyĐang hóa hơi
Chuyển thểKhôngRắn → LỏngLỏng → Khí
Nhiệt độThay đổiKhông đổiKhông đổi
💡 VÍ DỤ TÍNH NHIỆT LƯỢNG HÓA HƠI
Đề: Tính nhiệt lượng cần để làm hóa hơi hoàn toàn 0,5 kg nước ở 100°C. Cho $L = 2{,}26 \times 10^6$ J/kg.
Áp dụng: $Q = L \cdot m = 2{,}26 \times 10^6 \times 0{,}5 = 1{,}13 \times 10^6$ J $= 1130$ kJ.
Kết luận: Nhiệt lượng cần cung cấp là 1130 kJ.
4
Bài toán tổng hợp (đun nóng + hóa hơi)

Khi đun một chất lỏng từ nhiệt độ ban đầu $t_1$ đến khi hóa hơi hoàn toàn ở nhiệt độ sôi $t_s$, tính tổng nhiệt lượng qua hai giai đoạn:

LỎNGở t₁
Q₁ = mcΔT
(T tăng dần)
LỎNGở t_s
Q₂ = Lm
(T không đổi)
KHÍở t_s
TỔNG NHIỆT LƯỢNG
$Q = Q_1 + Q_2 = mc(t_s - t_1) + L \cdot m$
  • $Q_1 = mc(t_s - t_1)$: nhiệt lượng đun chất lỏng từ $t_1$ đến nhiệt độ sôi $t_s$.
  • $Q_2 = L m$: nhiệt lượng làm chất lỏng hóa hơi hoàn toàn ở $t_s$.
💡 VÍ DỤ TỔNG HỢP
Đề: Tính nhiệt lượng để 10 kg nước ở 25°C chuyển hoàn toàn thành hơi ở 100°C. Cho $c = 4200$ J/(kg·K), $L = 2{,}26 \times 10^6$ J/kg.
Q₁ (đun 25°C → 100°C): $Q_1 = mc\Delta T = 10 \times 4200 \times 75 = 3\,150\,000$ J.
Q₂ (hóa hơi ở 100°C): $Q_2 = Lm = 2{,}26 \times 10^6 \times 10 = 22\,600\,000$ J.
Tổng: $Q = Q_1 + Q_2 = 25\,750\,000$ J $= 25\,750$ kJ.

▸ Quá trình chuyển thể đầy đủ (rắn → lỏng → khí)

Với nước đá, để chuyển từ nước đá lạnh thành hơi nước, cần cộng bốn nhiệt lượng (xen kẽ $mc\Delta T$ và $\lambda m$, $Lm$):

$Q = \underbrace{mc_{đá}\Delta T}_{Q_1} + \underbrace{\lambda m}_{Q_2} + \underbrace{mc_{nước}\Delta T}_{Q_3} + \underbrace{Lm}_{Q_4}$
  • $Q_1$: đun nước đá đến 0°C;   $Q_2$: nóng chảy ở 0°C.
  • $Q_3$: đun nước từ 0°C đến 100°C;   $Q_4$: hóa hơi ở 100°C.
5
Thí nghiệm đo nhiệt hóa hơi riêng & ứng dụng

Mục đích: Xác định nhiệt hóa hơi riêng của nước bằng phương pháp thực nghiệm.

Bộ dụng cụ đo nhiệt hóa hơi riêng của nước
Bộ dụng cụ thí nghiệm đo nhiệt hóa hơi riêng của nước
Dụng cụChức năng
Biến thế nguồnCung cấp điện cho điện trở nhiệt.
Oát kếĐo công suất điện, kèm chức năng đo thời gian.
Nhiệt kế điện tửĐo nhiệt độ của nước.
Nhiệt lượng kế (vỏ xốp)Chứa nước, cách nhiệt với môi trường.
Cân điện tửĐo khối lượng nước liên tục trong quá trình hóa hơi.

▸ Cơ sở lí thuyết

Nhiệt lượng làm nước hóa hơi bằng điện năng tiêu thụ của điện trở nhiệt. Trên đồ thị khối lượng – thời gian, chọn hai điểm P và Q trên đường thẳng:

$Q = \overline{P} \cdot (\tau_Q - \tau_P)$    $\Delta m = m_P - m_Q$

Suy ra nhiệt hóa hơi riêng của nước:

$L = \dfrac{Q}{\Delta m} = \dfrac{\overline{P} \cdot (\tau_Q - \tau_P)}{m_P - m_Q}$

với $\overline{P}$ là công suất điện trung bình (W), $(\tau_Q - \tau_P)$ là khoảng thời gian, $(m_P - m_Q)$ là khối lượng nước đã hóa hơi.

▸ Các bước tiến hành

BướcThao tác
1Đặt nhiệt lượng kế lên cân; đổ nước nóng vào sao cho ngập điện trở nhiệt; xác định khối lượng ban đầu.
2Cắm nhiệt kế; mở nắp bình để hơi nước thoát ra.
3Nối oát kế với nhiệt lượng kế và nguồn điện.
4Bật nguồn, đun sôi nước; đọc công suất và khối lượng nước sau mỗi 2 phút.
5Ghi số liệu vào bảng và xử lí kết quả.
Đồ thị khối lượng theo thời gian
Đồ thị khối lượng nước theo thời gian (đường thẳng đi xuống)

Nhận xét từ đồ thị: Đồ thị có dạng đường thẳng đi xuống → khối lượng nước giảm đều theo thời gian; độ dốc của đồ thị cho biết tốc độ hóa hơi của nước.

📌
Kết quả: Nhiệt hóa hơi riêng của nước đo được khoảng $2{,}1 \times 10^6$ – $2{,}3 \times 10^6$ J/kg, sai số nhỏ hơn 5% so với giá trị lí thuyết $2{,}26 \times 10^6$ J/kg.

▸ Một số ứng dụng thực tế

Ứng dụngNguyên lí
Làm mát cơ thểMồ hôi bay hơi lấy nhiệt từ cơ thể.
Tủ lạnh, điều hòaChất làm lạnh hóa hơi trong dàn lạnh, hấp thụ nhiệt.
Nhà máy nhiệt điệnHơi nước làm quay turbine.
6
Tổng kết

▸ Công thức cần nhớ

Công thứcÝ nghĩa
$Q = L \cdot m$Nhiệt lượng làm chất lỏng hóa hơi hoàn toàn.
$L = \dfrac{Q}{m}$ ; $m = \dfrac{Q}{L}$Tính nhiệt hóa hơi riêng / khối lượng.
$Q = mc(t_s-t_1) + Lm$Bài toán tổng hợp (đun nóng + hóa hơi).
$L = \dfrac{\overline{P}(\tau_Q-\tau_P)}{m_P-m_Q}$Đo nhiệt hóa hơi riêng bằng thí nghiệm.

▸ Phân biệt c, λ, L (giá trị của nước)

Đại lượngKí hiệuGiá trị (nước)
Nhiệt dung riêng$c$4 200 J/(kg·K)
Nhiệt nóng chảy riêng$\lambda$$3{,}34 \times 10^5$ J/kg
Nhiệt hóa hơi riêng$L$$2{,}26 \times 10^6$ J/kg
💡
Theo độ lớn: $L > \lambda > c$ (triệu > trăm nghìn > nghìn). Hóa hơi cần nhiều năng lượng nhất!

▸ Lỗi sai thường gặp

❌ Sai✅ Đúng
Đơn vị $L$ là J/(kg·K)Đơn vị là J/kg (nhiệt độ không đổi)
Dùng $Q = Lm$ khi chất lỏng chưa sôiChỉ dùng khi chất lỏng đang sôi/hóa hơi
Nhiệt độ tăng khi đang sôiNhiệt độ không đổi khi đang sôi
Nhầm $L$ với $\lambda$$L$: hóa hơi (Lỏng→Khí); $\lambda$: nóng chảy (Rắn→Lỏng)

Đã nắm vững lý thuyết, các em chuyển sang tab Bài Tập để luyện 25 câu bám sát SGK nhé!

1
Điểm: 0/25
💨

Cùng luyện Bài 6 – Nhiệt hóa hơi riêng!

25 câu: 19 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 4 tự luận

💡 Gợi ý
Thầy Phạm Trần Quốc Anh

Thầy Phạm Trần Quốc Anh

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn