Bài tập Vật Lí 12 Bài 5: Nhiệt nóng chảy riêng (23 bài tập)

Lớp 12 · Vật Lí Bài 5

Nhiệt Nóng Chảy Riêng

Khái niệm và ý nghĩa nhiệt nóng chảy riêng, công thức $Q = \lambda m$, bài toán tổng hợp và thí nghiệm đo nhiệt nóng chảy riêng của nước đá

1
Khái niệm nhiệt nóng chảy riêng

▸ Nhắc lại về sự nóng chảy

  • Sự nóng chảy là quá trình chuyển từ thể rắn sang thể lỏng.
  • Mỗi chất rắn kết tinh có một nhiệt độ nóng chảy xác định (ở một áp suất nhất định).
  • Khi đang nóng chảy, nhiệt độ của chất không đổi dù vẫn được cung cấp nhiệt.
💡
Nhiệt lượng cung cấp khi đang nóng chảy dùng để phá vỡ mạng tinh thể, chuyển hóa thành thế năng tương tác của các phân tử (không làm tăng nhiệt độ).

▸ Hệ thức từ thí nghiệm

Nhiệt lượng cần truyền cho vật từ lúc bắt đầu đến khi nóng chảy hoàn toàn tỉ lệ thuận với khối lượng của vật:

$\dfrac{Q}{m} = $ hằng số

Với mỗi chất, hằng số này có độ lớn riêng — gọi là nhiệt nóng chảy riêng của chất.

ĐỊNH NGHĨA
Nhiệt nóng chảy riêng của một chất là nhiệt lượng cần để làm cho 1 kg chất đó nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy mà không làm thay đổi nhiệt độ.
  • Kí hiệu: $\lambda$ (lambda).
  • Đơn vị: J/kg (không có K vì nhiệt độ không đổi).
  • Công thức: $\lambda = \dfrac{Q}{m}$.

▸ Ý nghĩa vật lí

Nhiệt nóng chảy riêngÝ nghĩa
$\lambda$ lớnCần nhiều nhiệt để nóng chảy hoàn toàn → khó nóng chảy.
$\lambda$ nhỏCần ít nhiệt để nóng chảy hoàn toàn → dễ nóng chảy.
💡 VÍ DỤ ỨNG DỤNG
Khi chế tạo vật phẩm bằng chì, đồng, người ta thường dùng phương pháp đúc vì các kim loại này có nhiệt nóng chảy riêng thấp, cần ít năng lượng nhiệt để làm nóng chảy.
2
Bảng nhiệt nóng chảy riêng & lưu ý áp suất
ChấtNhiệt độ nóng chảy (°C)$\lambda$ (J/kg)
Nước đá0$3{,}34 \times 10^5$
Sắt1 535$2{,}77 \times 10^5$
Đồng1 084$1{,}80 \times 10^5$
Chì327$0{,}25 \times 10^5$

Nhận xét:

  • Nước đá có nhiệt nóng chảy riêng lớn nhất trong bảng.
  • Chì có nhiệt nóng chảy riêng nhỏ nhấtdễ nóng chảy nhất.
  • Nhiệt độ nóng chảy không liên quan đến nhiệt nóng chảy riêng (nước đá có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất nhưng $\lambda$ lại lớn nhất).
📌
Lưu ý: Nhiệt độ nóng chảy còn phụ thuộc vào áp suất. Ví dụ ở áp suất tiêu chuẩn (1 atm), nước đá nóng chảy ở 0°C; ở áp suất cao hơn, nhiệt độ nóng chảy của nước đá giảm (tính chất đặc biệt của nước).
3
Công thức tính nhiệt lượng nóng chảy Q = λm

Nhiệt lượng cần cung cấp để làm một vật nóng chảy hoàn toàn (ở nhiệt độ nóng chảy):

CÔNG THỨC
$Q = \lambda \cdot m$
Đại lượngKí hiệuĐơn vị
Nhiệt lượng nóng chảy$Q$J
Nhiệt nóng chảy riêng$\lambda$J/kg
Khối lượng$m$kg

▸ Phân biệt với công thức $Q = mc\Delta T$

Đặc điểm$Q = mc\Delta T$$Q = \lambda m$
Áp dụng khiVật thay đổi nhiệt độVật đang nóng chảy
Nhiệt độThay đổi ($\Delta T \neq 0$)Không đổi
Năng lượng dùng đểTăng động năng phân tửPhá vỡ mạng tinh thể
💡 VÍ DỤ TÍNH NHIỆT LƯỢNG NÓNG CHẢY
Đề: Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho 100 g nước đá ở 0°C nóng chảy hoàn toàn. Cho $\lambda = 3{,}34 \times 10^5$ J/kg.
Bước 1: Đổi đơn vị: $m = 100$ g $= 0{,}1$ kg.
Bước 2: $Q = \lambda \cdot m = 3{,}34 \times 10^5 \times 0{,}1 = 3{,}34 \times 10^4$ J $= 33400$ J.
Kết luận: Nhiệt lượng cần cung cấp là $3{,}34 \times 10^4$ J.
4
Bài toán tổng hợp & bài toán có hiệu suất

Khi đun một vật rắn từ nhiệt độ ban đầu $t_1$ đến khi nóng chảy hoàn toàn, cần tính tổng nhiệt lượng qua hai giai đoạn:

RẮNở t₁
Q₁ = mcΔT
(T tăng dần)
RẮNở t_nc
Q₂ = λm
(T không đổi)
LỎNGở t_nc
TỔNG NHIỆT LƯỢNG
$Q = Q_1 + Q_2 = mc(t_{nc} - t_1) + \lambda m$
  • $Q_1 = mc(t_{nc} - t_1)$: nhiệt lượng đun vật từ $t_1$ đến nhiệt độ nóng chảy $t_{nc}$.
  • $Q_2 = \lambda m$: nhiệt lượng làm vật nóng chảy hoàn toàn ở $t_{nc}$.
💡 VÍ DỤ TỔNG HỢP
Đề: Tính nhiệt lượng để làm nóng chảy hoàn toàn 0,4 kg nước đá ở −10°C. Cho $c_{đá} = 2100$ J/(kg·K), $\lambda = 3{,}34 \times 10^5$ J/kg.
Q₁ (đun −10°C → 0°C): $Q_1 = mc\Delta T = 0{,}4 \times 2100 \times 10 = 8400$ J.
Q₂ (nóng chảy ở 0°C): $Q_2 = \lambda m = 3{,}34 \times 10^5 \times 0{,}4 = 133600$ J.
Tổng: $Q = Q_1 + Q_2 = 8400 + 133600 = 142000$ J $= 142$ kJ.

▸ Bài toán có hiệu suất (lò nung, bếp điện…)

Nếu thiết bị chỉ dùng được một phần năng lượng (hiệu suất $H$) vào việc làm nóng và nóng chảy vật:

$Q_{toàn phần} = \dfrac{Q_{có ích}}{H}$    $t = \dfrac{Q_{toàn phần}}{P}$

trong đó $Q_{có ích} = Q_1 + Q_2$, $P$ là công suất của thiết bị, $t$ là thời gian cần thiết.

5
Thí nghiệm đo nhiệt nóng chảy riêng của nước đá

Mục đích: Xác định nhiệt nóng chảy riêng của nước đá bằng phương pháp thực nghiệm.

Bộ dụng cụ đo nhiệt nóng chảy riêng của nước đá
Bộ dụng cụ thí nghiệm đo nhiệt nóng chảy riêng của nước đá
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.
Nhiệt lượng kế (vỏ xốp)Chứa nước đá, cách nhiệt với môi trường.
Cân điện tửĐo khối lượng nước đá.

▸ Cơ sở lí thuyết

Nhiệt lượng làm nước đá nóng chảy bằng điện năng tiêu thụ của điện trở nhiệt trong thời gian nước đá tan hết:

$Q = P \cdot \tau$

Suy ra nhiệt nóng chảy riêng của nước đá:

$\lambda = \dfrac{Q}{m} = \dfrac{P \cdot \tau}{m}$

với $P$ là công suất điện trung bình (W), $\tau$ là thời gian nước đá tan hết (s).

▸ Các bước tiến hành

BướcThao tác
1Cho nước đá (và ít nước lạnh) vào nhiệt lượng kế sao cho ngập điện trở nhiệt; cân khối lượng nước đá.
2Cắm đầu đo nhiệt kế vào nhiệt lượng kế.
3Nối oát kế với nhiệt lượng kế và nguồn điện.
4Bật nguồn, khuấy đều; đọc thời gian và nhiệt độ sau mỗi 2 phút.
5Ghi số liệu vào bảng và xử lí kết quả.
Đồ thị nhiệt độ theo thời gian khi đun nước đá
Đồ thị nhiệt độ của nước đá theo thời gian (đoạn ngang ở 0°C là lúc đang nóng chảy)

Nhận xét từ đồ thị: Đoạn nhiệt độ không đổi ở 0°C ứng với lúc nước đá đang nóng chảy. Khi nhiệt độ bắt đầu tăng (sau điểm M) là lúc nước đá đã tan hết. Thời gian tại điểm M chính là $\tau$ (thời gian nước đá tan hết).

📌
Kết quả: Nhiệt nóng chảy riêng của nước đá đo được khoảng $3{,}2 \times 10^5$ – $3{,}4 \times 10^5$ J/kg, sai số nhỏ hơn 5% so với giá trị lí thuyết $3{,}34 \times 10^5$ J/kg.
6
Tổng kết

▸ Công thức cần nhớ

Công thứcÝ nghĩa
$Q = \lambda \cdot m$Nhiệt lượng làm vật nóng chảy hoàn toàn.
$\lambda = \dfrac{Q}{m}$ ; $m = \dfrac{Q}{\lambda}$Tính nhiệt nóng chảy riêng / khối lượng.
$Q = mc(t_{nc}-t_1) + \lambda m$Bài toán tổng hợp (đun nóng + nóng chảy).
$\lambda = \dfrac{P \cdot \tau}{m}$Đo nhiệt nóng chảy riêng bằng thí nghiệm.

▸ Phân biệt c và λ

Đặc điểmNhiệt dung riêng $c$Nhiệt nóng chảy riêng $\lambda$
Đơn vịJ/(kg·K)J/kg
Công thức$Q = mc\Delta T$$Q = \lambda m$
Nhiệt độThay đổiKhông đổi

▸ Nhiệt nóng chảy riêng cần nhớ

Chất$\lambda$ (×10⁵ J/kg)
Nước đá3,34
Sắt2,77
Đồng1,80
Chì0,25

▸ Lỗi sai thường gặp

❌ Sai✅ Đúng
Đơn vị $\lambda$ là J/(kg·K)Đơn vị là J/kg (nhiệt độ không đổi)
Dùng $Q = \lambda m$ khi vật chưa ở nhiệt độ nóng chảyChỉ dùng khi vật đang ở nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ tăng khi đang nóng chảyNhiệt độ không đổi khi đang nóng chảy
$\lambda$ lớn → dễ nóng chảy$\lambda$ lớn → khó nóng chảy (cần nhiều nhiệt hơn)

Đã nắm vững lý thuyết, các em chuyển sang tab Bài Tập để luyện 23 câu bám sát SGK nhé!

1
Điểm: 0/23
🧊

Cùng luyện Bài 5 – Nhiệt nóng chảy riêng!

23 câu: 18 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 3 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